流動場下的界面組裝

《流動場下的界面組裝》是依託東北大學，由付昱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：流動場下的界面組裝
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：付昱
• 依託單位：東北大學

中文摘要

外界環境，特別是生物體內的環境，對自組裝的影響是一個重要的科學問題。流動是生物體系的一項基本特徵，研究流動場下的自組裝行為對深入理解生物體內的各種功能和現象有著重要的意義。本項目擬從流動場下的層層組裝和流動場下的膠束界面吸附兩方面入手，系統開展流動場下界面自組裝的研究。了解流動場對層層組裝和膠束界面吸附的影響，考察各種組裝條件對流動場下界面組裝的影響，結合理論模擬等手段探明流動場下界面組裝的過程及規律，實現通過流動場對界面組裝的調控。同時考察基於不同弱相互作用的界面組裝對流動場的反應，從新的角度探索各種弱相互作用在自組裝過程中的作用，進一步了解弱相互作用的本質以及協同規律。在本項目的研究中擬引入掠入射X射線（中子）散射技術，希望藉助本項目的研究，發展和完善掠入射X射線（中子）技術在界面自組裝方面的套用，為自組裝的研究提供一個強有力的表征方法。

結題摘要

本項目主要開展了流動場下聚合物和納米材料的界面組裝工作。本項目選用的流動場為攪拌產生的流動場。攪拌作為一種常規的傳質傳熱手段，其對界面組裝產生的影響還沒有引起人們足夠的重視，而本項目的研究表明攪拌藉助溶液的流動會對聚合物以及納米材料的界面組裝產生顯著的影響，是一種調控界面組裝的有效手段。對於聚合物而言，流動場可以大幅提高其界面組裝效率。流動場下的聚電解質層層組裝在保障成膜質量的前提下，成膜效率可以提高20倍左右。流動場對層層組裝效率的提升可以歸因於兩個方面：一方面，在沉積過程中流動場可促進高分子鏈段與組裝基底的接觸，提升吸附速度；另一方面，在淋洗過程中流動場可以沖洗掉膜表面物理吸附的高分子，並對高分子鏈段重新構型，降低膜的粗糙度，使得膜表面更加平整。在此工作基礎上，本項目進一步將流動場下層層組裝多層膜用於二維陣列與基底的界面，有效地增強了金屬二維陣列在基底表面的粘附力和穩定性，製備了牢固的等離激元感測器件。對於納米材料而言，流動場可以將納米線在基底表面取向排列。本項目製備了高長徑比的銀納米線，並在流動場的輔助下將其在基底表面取向排列。流動場在表面的剪下作用是納米線的取向排列的主要原因。納米線的排列方向、密度等參數可以通過流動場方向、溶劑以及懸浮液濃度等因素進行調節。除銀納米線外，本項目還利用流動場在表面製備了規則取向的碲納米線，並利用原位的化學轉化成功製備了碲化銀、鉑、鈀等一系列納米線陣列。根據研究計畫本項目同時開展同時了掠入射X射線散射對界面組裝的表征工作。掠入射X射線散射的表征可以提供多層膜的厚度與表面粗糙度的信息，為研究流動場對層層組裝的影響提供了幫助。在完成流動場下界面組裝表征的基礎上，本項目進一步利用掠入射X射線散射開展了對納米微粒界面組裝的表征工作：利用掠入射X射線散射跟蹤了二維納米微粒陣列在真空加熱條件下的變化，展示了納米微粒間距在亞納米範圍的漸變過程；利用掠入射X射線散射觀察了納米微粒自組裝在溶劑氣氛里的原位變化，闡明了自組裝微粒對溶劑回響的原因。以上研究表明掠入射X射線散射能夠有效監控納米微粒的界面自組裝，為納米微粒的界面組裝提供實用可靠的信息。本項目的研究表明了流動場可以對聚合物以及納米材料的組裝起到調節作用，為調控界面組裝提供了新的思路。