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偶氮苯驱动二氧化硅超疏水表面的构筑

黄铠  
【摘要】:近年来,随着表面浸润性研究的不断深入,人们对于超疏水表面的构筑要求也越来越高,现在单纯的构筑一种超疏水表面已经满足不了人们生活和工业上的生产需要。智能超疏水表面材料的研究已经成为表面浸润性研究的一个重点。而有机/无机纳米颗粒凭借优异的强度、耐磨性吸引了众多研究者的注意,且可以用作超疏水材料。本实验以对-三氟甲氧基苯胺和二氧化硅为起始原料,共价接枝合成了偶氮苯/二氧化硅纳米颗粒,使其构建成具有光响应的超疏水表面;采用原位聚合方法制备聚偶氮苯/二氧化硅复合微粒,用于构筑超疏水表面。通过红外光谱分析、热重分析、核磁、扫描电镜分析、透射电镜分析、紫外-可见吸收仪、接触角测试仪对所合成的材料进行相关的表征。 (1)制备偶氮苯/二氧化硅纳米颗粒:首先以对-三氟甲氧基苯胺为原料,合成了醇羟基的偶氮苯小分子,然后利用共价作用接枝到经过甲苯二异氰酸酯修饰过后的二氧化硅表面得到偶氮苯/二氧化硅的纳米颗粒,红外,热重分析显示成功的获得了该纳米颗粒,以纳米颗粒构筑的表面,接触角测试达到了151.2±1.3o,具有超疏水效果,经过365nm紫外灯光照后,表面接触角变化为110.2±2o,变为了疏水效果,这是由于偶氮苯结构单元发生异构化所引起的,通过紫外-可见吸收,电镜图以及颜色变化证明了这种解释,所制备表面具有光调节疏水性的效果。对比以往的实验所具有的优势:①制备的纳米颗粒光照前接触角>150o,具有超疏水效果,365nm紫外光照射后接触角变小,实现了光响应疏水性控制,使得它们在微流体、药物化学等有着潜在的应用;②整个过程制备比较简单,可能实现超疏水表面的广泛制备;③制备的超疏水表面能够长时间储存,接触角仅有微小的变化。 (2)制备聚偶氮苯/二氧化硅复合微球:通过溶胶凝胶法,同时加入偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS),制备得到表面改性的MPS-SiO_2,接着采用表面原位聚合的方法制备得到聚偶氮苯/二氧化硅微球(PAzo/SiO_2)。红外和热重分析显示成功得到了目标产物聚偶氮苯/二氧化硅复合微球,SEM显示通过溶胶-凝胶法制备得到了粒径较为均一的微球,约为300nm,TEM显示微球表面接枝了一层偶氮苯聚合物,但是厚度并不是很均一,与反应温度、反应时间、偶联剂、单体及引发剂的量都有关系,需要进一步优化实验条件。将PAzo/SiO_2复合颗粒铺展在载玻片上,对其进行表观接触角测试,其与水的接触角达到了150±1.2°,具有超疏水效果。而同以前的实验相比,本实验具有的特点:①制备方法比较简单,条件温和,容易控制;②制备得到的复合颗粒构筑的超疏水表面具有很好的稳定性;③制备得到的PAzo/SiO_2复合微粒具有很好的超疏水性能,使得它们在微流体、药物化学、生物化学分离等有着潜在的应用;


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