胶体颗粒自组装花样形成及相关问题研究

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaxj
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软物质由于其柔软、易于自组装、设计和控制等特点,为新材料制备提供了大量的挑战和机遇。软物质的最显著特性是它能自组装形成有序结构。本文围绕着软物质的自组装这一热门课题,着重研究了以下三方面问题:   (1)胶体悬浮粒子体系是一个相对简单的软物质系统。控制好胶体颗粒的干燥过程可被用来合成功能材料,例如光子晶体。胶体悬浮液干燥过程被认为是胶体颗粒自组装的过程,许多因素会影响胶体颗粒的自组装,进一步需要做的工作是澄清这些因素之间的关系,并给出干燥花样形成的物理机制。本文澄清独立地讨论温度、湿度等因素对胶体颗粒自组装的影响是不合理的,其物理机制是这些因素与挥发速率有关,而挥发速率又能够影响对流强度。对流强度会影响干燥花样的形成,平整均匀表面的薄膜能够在较弱的对流强度下获得。   (2)本文系统研究了浓度、分散介质、盐的浓度、限制挥发对于薄层胶体悬浮液干燥过程的影响。浓度的影响研究发现,随着浓度的增加,最终干燥花样圆环宽度增加,圆环数目明显减少。关于分散介质的影响研究表明,分散介质中乙醇和水的比例不同导致悬浮液干燥花样及干燥过程有差异,此外,随着分散介质中水含量的增加,干燥临近结束时会发生界面不稳定现象,这一现象在悬浮液滴及液层较厚悬浮液的干燥过程中未曾观测。关于盐浓度的影响研究发现,当NaCl浓度较低时,悬浮液体系干燥后形成的宏观干燥花样可观察到“组分分离”现象,随着NaCI浓度的提高,界面不稳定现象被削弱,此外,NaCI浓度的不同导致其最终固化物在薄膜中的形貌和分布不同。关于限制挥发的影响研究发现,加带有孔洞的盖子导致对流强度下降,抑制了宽环花样的形成。   (3)有序结构的表面生长有序结构的生物矿物晶体是非常有意义的工作,为了实现这一目标,本文对碳酸钙晶体的可控生长作了一些前期探索研究。研究发现基底种类不同对碳酸钙晶体的生长会产生影响;纳米小球粒径大小不同会对碳酸钙晶体的晶相产生调控作用;多孔聚氨酯中碳酸钙晶体主要为方解石,并且方解石发生团聚现象。
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