基于褶皱的胶体晶体自组装
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褶皱是自然界的常见现象之一,通常是由于柔性衬底/刚性薄膜系统应力失配引起的,其在细胞培养模板、分离胶体粒子、有序结构模板等方面有重要应用。本论文采用PDMS柔性衬底/Pt刚性薄膜系统,通过预制边界条件,实现了褶皱图案有序化,实时观察热处理法下褶皱的产生与退化过程,得出了演化的规律和缺陷形成机理,对制备大面积低缺陷率的有序褶皱有积极的意义。基于褶皱反转现象,进行了二元单层胶体粒子的自组装,以一种新途径实现了同一平面的多元胶体晶体自组装。主要研究内容如下:1.通过30°C降温至0°C再升温至25°C的方法,预制浮雕图案的PDMS衬底/Pt薄膜系统实现了有序褶皱的反转过程。通过控制薄膜厚度和衬底的杨氏模量控制了褶皱的波长,溅射过程中产生的中间层使实际值偏离了理论值。通过预制边界条件,控制了褶皱花样,并从理论力学角度解释斑条形、鱼骨形和迷宫形花样产生的原因。同时,研究了有序褶皱的产生与退化规律,运用力学理论研究了褶皱起源和演化、缺陷的形成与演化机理、温度对波长和振幅的影响以及降温速率和缺陷的关系。这对自然界平行脉结构的物理形成机理具有一定的启示意义。2.研究了胶体晶体在应力褶皱结构上的组装规律及缺陷。首先,采用乳液法制备了均一的平均粒径分别为200nm,230nm,260nm,300nm和370nm的聚苯乙烯微球,相对标准偏差均小于5%。然后让胶体颗粒在冰水浴的气-液界面处形成有序胶体层,用提拉法在PDMS衬底/Pt薄膜应力结构体系表面制备了一元二维单层胶体晶体,通过控制十二烷基硫酸钠和乙醇含量,得到了自组装的最佳参数条件。通过调控衬底褶皱波长和褶皱花样,调控了带状胶体晶体带状宽度、分布间距和排布花样。通过调控胶体粒子的粒径,研究了胶体晶体的缺陷。3.基于褶皱反转行为,常温下使用提拉法在预制一元胶体晶体的PDMS衬底/Pt薄膜结构表面外延生长了二元二维单层胶体晶体。通过调控成膜的方法,得到了最佳实验条件。通过调控衬底的褶皱花样,得到了斑条形和鱼骨形的单层带状胶体晶体,并研究了外延生长的胶体晶体结构。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5-6页 |
第一章 绪论 | 第10-30页 |
1.1 褶皱现象的简介 | 第10-17页 |
1.1.1 褶皱的制备方法 | 第10-11页 |
1.1.2 三维尺度褶皱行为的研究进展 | 第11-13页 |
1.1.3 二维尺度褶皱行为的研究进展 | 第13-15页 |
1.1.4 动态褶皱行为的研究进展 | 第15-16页 |
1.1.5 褶皱的应用前景 | 第16-17页 |
1.2 胶体晶体简介 | 第17-21页 |
1.2.1 胶体晶体自组装 | 第17-19页 |
1.2.2 基于褶皱衬底的胶体晶体自组装 | 第19-20页 |
1.2.3 胶体晶体的应用前景 | 第20-21页 |
1.3 本论文选题的目的、意义及研究内容 | 第21-23页 |
1.3.1 本论文选题的目的、意义 | 第21页 |
1.3.2 本论文的主要研究内容 | 第21-23页 |
1.4 参考文献 | 第23-30页 |
第二章 褶皱的制备与调控 | 第30-45页 |
2.1 引言 | 第30页 |
2.2 实验部分 | 第30-33页 |
2.2.1 实验试剂与仪器 | 第30-31页 |
2.2.2 预制浮雕图案的 PDMS 衬底的制备 | 第31页 |
2.2.3 控制材料参数调制褶皱波长 | 第31-32页 |
2.2.4 褶皱的反转和动态过程 | 第32页 |
2.2.5 不同降温速率的褶皱制备 | 第32-33页 |
2.3 结果与讨论 | 第33-36页 |
2.3.1 褶皱的反转行为 | 第33-34页 |
2.3.2 褶皱波长的调控 | 第34-35页 |
2.3.3 褶皱形貌的调控 | 第35-36页 |
2.4 褶皱形成与退化动态过程 | 第36-41页 |
2.4.1 褶皱的形成与演化 | 第36-39页 |
2.4.2 褶皱退化的动态过程 | 第39-40页 |
2.4.3 降温速率对褶皱缺陷的影响 | 第40-41页 |
2.5 自然界柔性衬底/刚性薄膜系统的演变 | 第41-42页 |
2.6 本章小结 | 第42-43页 |
2.7 参考文献 | 第43-45页 |
第三章 聚苯乙烯微球的制备与自组装 | 第45-61页 |
3.1 引言 | 第45-46页 |
3.2 聚苯乙烯微球的制备 | 第46-48页 |
3.2.1 实验部分 | 第46-47页 |
3.2.1.1 试剂与仪器 | 第46页 |
3.2.1.2 制备过程与表征 | 第46-47页 |
3.2.2 聚苯乙烯微球的表征 | 第47-48页 |
3.3 一元胶体晶体的自组装 | 第48-55页 |
3.3.1 实验部分 | 第48-50页 |
3.3.1.1 试剂与仪器 | 第48-49页 |
3.3.1.2 制备过程 | 第49-50页 |
3.3.2 结果与讨论 | 第50-55页 |
3.3.2.1 最佳实验条件 | 第50-51页 |
3.3.2.2 控制胶粒粒径的自组装 | 第51-52页 |
3.3.2.3 控制褶皱波长的自组装 | 第52-53页 |
3.3.2.4 控制褶皱花样的自组装 | 第53-55页 |
3.4 二元胶体晶体的自组装 | 第55-57页 |
3.4.1 实验部分 | 第55页 |
3.4.1.1 试剂与仪器 | 第55页 |
3.4.1.2 制备过程 | 第55页 |
3.4.2 实验结果与讨论 | 第55-57页 |
3.4.2.1 最佳制备条件 | 第55-56页 |
3.4.2.2 调控褶皱花样的胶体晶体自组装 | 第56-57页 |
3.5 本章小结 | 第57-59页 |
3.6 参考文献 | 第59-61页 |
第四章 结论与展望 | 第61-63页 |
4.1 结论 | 第61-62页 |
4.2 展望 | 第62-63页 |
致谢 | 第63-64页 |
硕士期间发表的论文 | 第64页 |
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