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《南京信息工程大学》 2017年
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多糖纳米晶光学涂层的结构色及在蒸汽传感中的应用

赵宇  
【摘要】:自然界中多糖广泛存在,例如纤维素、甲壳素、壳聚糖等,将其制备成环境友好型材料已成为当今研究热点。在本工作中,根据纤维素和甲壳素的结构特点,用合理的方法将它们水解成纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶,然后用旋涂法制备成光学性涂层,并用于蒸汽的传感研究。首先,用硫酸水解的方法将纤维素制备成纤维素纳米晶悬浮液。再用盐酸水解方法将甲壳素制备成甲壳素纳米晶。然后将它们分别旋涂制备成光学涂层。原子力显微镜(AFM)显示两种纳米晶颗粒尺寸都比较均一,纳米晶都趋向于轴向规则的排列,扫描电镜(SEM)测试结果进一步表明,多糖纳米晶涂层具有规则的层状结构。从偏光显微镜(POM)测试中可看出彩色薄膜干涉条纹。然后用光纤光谱仪(OFS)对涂层的颜色进行测试,结果表明,涂层的反射光谱均随着厚度的变化发生转变。相应的,裸眼观测到的涂层的颜色均从蓝色变为黄色再变为蓝色。接着将制备得到的纤维素和甲壳素纳米晶涂层应用于蒸汽的感应。当将涂层暴露在氨水、去离子水蒸汽中时,纤维素纳米晶涂层的反射波长均从约540 nm迅速变化到了 590 nm,甲壳素纳米晶涂层的波长从约542 nm变化到了 590 nm。此外,当将涂层分别暴露在盐酸雾和醋酸蒸气中时,纤维素纳米晶涂层的反射波长分别红移了 85 nm和105 nm,甲壳素纳米晶涂层的反射波长分别红移了 70 nm和85 nm。较强的溶胀性使得纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶涂层对醋酸蒸气和盐酸雾的感应效果都比氨水和水蒸汽好。此外,与在室温下的可恢复性相比,暴露在水、氨水和醋酸蒸气中的纤维素纳米晶涂层在加热条件下几乎可以恢复到初始状态,而暴露在盐酸雾中的涂层只能恢复60%。然而,甲壳素纳米晶涂层在水和氨水蒸汽中都能有很好的恢复率,而在酸性蒸汽醋酸和盐酸中的恢复率只有46%和67%。用多糖纳米晶制备得到的涂层具有环境友好性,可通过涂层颜色的变化来实现酸性或碱性蒸汽的裸眼观测,这将对化学和生物传感器的研究与发展具有重要意义。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB306

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【参考文献】
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