基于ATRP的胶束表面聚集行为研究及温敏超疏水表面的构筑

论文摘要

将纳米技术应用到表面科学是其研究发展的新方向。纳米表面科学的内涵主要包括：材料表/界面的改造或者微纳米尺度的结构组装；微纳米尺度超微细图形加工。其研究与发展将产生具有力、电、热、声、光、磁等性能的低维度、小尺寸及功能化的表面。能够广泛应用于光学、电子、能源、测量与控制、信息与通讯技术等领域。本论文基于表面科学的研究点，应用原子转移自由基聚合（ATRP），从聚合物胶束在基底表面自组装行为研究和构筑温敏性超疏水微球这两个方面开展工作。利用两亲性嵌段聚合物苯乙烯-b-聚丙烯酸（PSt-b-PAA）可以在选择性混合溶剂体系THF/水中完成第一次自组装，形成PAA链为壳，PSt链为核的胶束；然后添加一定量的THF/DMF为有机添加剂，利用加热挥发溶剂诱导胶束在基底（包括玻璃片、硅片和铝片）上进行再次自组装。通过控制挥发温度、添加剂种类和基底等实验因素，在硅片和玻璃片上得到了尺寸不等的花状、棒状等规整的聚集体，而在铝片上未得到形貌规整的聚集体。根据实验条件及结果，对聚合物胶束聚集过程做了初步探讨和机理推断。另一工作是在粗糙表面修饰功能性聚合物制备超疏水材料。结合溶胶-凝胶（sol-gel）法与表面引发ATRP构筑了聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）/TiO2有机无机复合微球。多种检测手段证明所制备的微球是以PNIPAM为壳，TiO2为核的核-壳结构。将所制备微球覆盖在铜箔表面，表面接触角测试表面温度为27°C（温度低于临界溶解温度）时，接触角为90.5±2.3°；温度为42°C（温度高于临界溶解温度）时，接触角为150.2±2.3°。在较窄的温度范围了表现了亲水-超疏水可逆转换性能。同时还根据Wenzel模型与Cassie模型对微球所表现的性能机理进行了理论分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 表面科学与纳米材料
• 1.2 纳米材料与自组装
• 1.3 两亲性嵌段聚合物的合成及其在选择性溶剂中的自组装
• 1.3.1 ATRP 合成两亲性嵌段聚合物
• 1.3.2 两亲性嵌段聚合物在选择性溶剂中自组装
• 1.3.3 两亲性嵌段聚合物胶束在固体表面上的定向聚集
• 1.3.4 自组装对纳米材料发展意义
• 1.4 超疏水材料
• 1.4.1 超疏水表面的基本理论模型及构建
• 1.4.2 超疏水材料研究进展
• 1.4.3 超疏水表面发展新动向
• 1.5 论文研究意义及研究内容
• 第2章 聚苯乙烯-B-聚丙烯酸胶束的表面聚集
• 2.1 引言
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验所用仪器原理及制样方法
• 2.3 合成步骤
• 2.4 产物结构表征
• 2.4.1 红外结构表征
• 1HNMR 及 GPC 结果表征'>2.4.2¹HNMR 及 GPC 结果表征
• 2.4.3 胶束及其聚集体形貌分析
• 2.4.4 胶束聚集机理讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 温敏性超疏水微球的构筑
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂与仪器
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验所用仪器原理及制样方法
• 3.3 反应步骤
• 2微球'>3.3.1 溶胶-凝胶法合成带 ATRP 引发官能团的 TIO₂微球
• 3.3.2 表面引发聚合 N-异丙基丙烯酰胺
• 3.3.3 温敏性超疏水表面材料的制备
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 红外光谱分析
• 3.4.2 热失重分析
• 3.4.3 动态光散射分析
• 3.4.4 扫描电镜投射电镜观察结果分析
• 3.4.5 接触角测试
• 2粒子的聚合机理讨论'>3.4.6 溶胶-凝胶法合成 CPTMO-TIO₂粒子的聚合机理讨论
• 3.4.7 单体的表面引发 ATRP
• 3.4.8 可逆超疏水表面机理讨论
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文