本文關(guān)鍵詞：反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝膠光子晶體制備技術(shù)的研究

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【摘要】：自然界中存在很多天然的蛋白石光子晶體,它們擁有鮮艷的色彩,引起人們的關(guān)注和研究。將蛋白石的微球部分替換成空氣孔結(jié)構(gòu)就得到了反蛋白石,它具有連通性好,孔隙率高,周期性強(qiáng)等特點(diǎn)。利用智能水凝膠對(duì)外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)的性質(zhì)制備孔結(jié)構(gòu)的水凝膠光子晶體成為近些年的研究熱點(diǎn)。溫度測(cè)量一直以來(lái)都是學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn),隨著工程需求的不斷發(fā)展,溫度測(cè)量的環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜,測(cè)量環(huán)境在戶外,測(cè)量空間狹小,測(cè)量的液體環(huán)境可能腐蝕甚至破壞傳感器等情況數(shù)不勝數(shù)。傳統(tǒng)傳感器很難在上述的復(fù)雜情況下實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。本文制備出一種新型的溫度響應(yīng)材料,由于材料具有體積小、便攜等特性,可以克服傳統(tǒng)傳感器存在的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下溫度的快速測(cè)量,為新型傳感器的制備開(kāi)拓市場(chǎng)前景。首先通過(guò)重力沉積法和垂直沉積法合成膠體晶體模板,比較發(fā)現(xiàn)后者獲得的模版有序性明顯高于前者。改變膠體微球懸濁液的濃度,質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3.5wt%時(shí)獲得了20層左右的高質(zhì)量膠體晶體模板。將膠體晶體模板置于500℃高溫處理120min以提高模板的連接強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)150min從室溫升到500℃時(shí),模板表面形成了數(shù)量眾多的裂紋,嚴(yán)重破壞了整體性。當(dāng)升溫時(shí)間增加到300min甚至500min時(shí),模板表面裂紋數(shù)量驟減,結(jié)構(gòu)的有序性和整體性大幅提高,熱處理過(guò)后形成了“縮頸”現(xiàn)象。通過(guò)自然浸潤(rùn)法、壓力法以及“三明治”法嘗試制備反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝膠。自然浸潤(rùn)法很難制備成功,壓力法制得的孔結(jié)構(gòu)只有一層,而且孔表面存在斷裂、凹凸不平和雜質(zhì)等缺陷。“三明治”法利用壓力和毛細(xì)力,成功制備出表面光滑、有序性高的三維反蛋白石結(jié)構(gòu)。去除模板過(guò)程中,腐蝕時(shí)間至關(guān)重要,時(shí)間過(guò)短不能完全腐蝕,時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)破壞水凝膠本身。前驅(qū)液中交聯(lián)劑占比減小,水凝膠的響應(yīng)速度會(huì)提升,但是機(jī)械強(qiáng)度下降,相反交聯(lián)劑占比上升時(shí),水凝膠響應(yīng)有所減緩,但是機(jī)械強(qiáng)度大大提升。將制得的蛋白石和反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝膠放在不同溫度的去離子水中,隨著溫度的升高,兩種結(jié)構(gòu)的水凝膠都發(fā)生收縮直徑減小,但是由于具備孔結(jié)構(gòu),反蛋白石結(jié)構(gòu)收縮的幅度和速度都高于蛋白石結(jié)構(gòu)。多次測(cè)量反蛋白石結(jié)構(gòu)水凝膠在兩個(gè)不同溫度節(jié)點(diǎn)下的直徑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差很小,水凝膠結(jié)構(gòu)具備了可重復(fù)性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O734;O648.17

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本文編號(hào)：1148736