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《中国海洋大学》 2010年
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PS胶体球的制备及其模板的应用研究

楚会娟  
【摘要】:本文采用种子乳液聚合法和无皂乳液聚合法制备不同粒径的单分散PS胶体球,通过浸渍-提拉法组装了PS胶体晶体阵列,并以此为模板制备了SiO2和TiO2纳米结构。分析了单分散PS球和胶体晶体的合成机理,讨论了采用浸渍-提拉法组装胶晶模板的特点,研究了工艺参数对PS球的合成、模板组装质量和有序纳米结构形貌的影响,对PS胶晶模板和模板结构进行了分析与表征。 以苯乙烯为单体,过硫酸钾为引发剂,十二烷基硫酸钠为乳化剂进行了种子乳液聚合。研究了影响因素对制得的PS胶体球的粒径及粒径分布的影响,结果如下:在其他条件不变的情况下,胶体球粒径随苯乙烯单体增加而增加;引发剂增加,胶体球粒径成增大趋势;随乳化剂的增加,胶体球粒径减小。 以苯乙烯为单体,过硫酸钾为引发剂进行了无皂乳液聚合。研究了单体、引发剂及反应时间等因素对合成的PS胶体球的粒径及其分散性的影响,结果如下:在其他条件不变的情况下,胶体球粒径随单体浓度的增加而增大;引发剂增加,胶体球粒径呈减小趋势;反应时间增加,胶体球粒径增大。 PS胶体球在固-液界面的弯月面处进行组装的过程中,吸附力、浮力和毛细管力使胶体球成核并生长成为密排的胶体晶体。由于弯月区上沿的生长边的快速移动,浸渍-提拉法增大了湿阵列的面积,使溶剂蒸发和乳液流动得到了增强。 合适的提拉速率能够得到密排的高度有序的胶晶模板。基板的物理化学性质对模板形貌也有影响,基底表面要洁净、平坦(起伏应比颗粒直径小得多),表面化学性质均一,有良好的亲水性。胶体球粒径均一、分布窄且分散良好,有利于形成完美的PS胶晶模板。 采用浸渍法在PS胶晶模板的间隙内填充溶胶时,由于毛细管力的作用,易于实现前驱体溶胶的有效填充。溶胶浓度和溶胶颗粒粒径是影响纳米结构的重要因素。溶胶浓度的选择应与模板球径协同考虑,以得到规则排列的纳米结构。PS球直径和溶胶浓度都会影响纳米结构的形貌。 填充硅溶胶和二氧化钛溶胶的PS胶晶阵列模板经过干燥后,除去PS胶体球得到了连续的规则的纳米结构,通过扫描电子显微镜对纳米结构进行了表征。
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