非球形膠體在圓柱面上的自組裝研究

《非球形膠體在圓柱面上的自組裝研究》是依託天津大學，由趙坤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非球形膠體在圓柱面上的自組裝研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙坤
• 依託單位：天津大學

項目摘要

非球形膠體自組裝因其可形成的結構豐富、功能多樣，因而在可感測的智慧型材料、可控光傳輸的光帶隙材料以及用於電動汽車的儲能材料等領域有著獨特的優勢，是膠體與界面化學的一個研究熱點。而非球形膠體在曲面上是如何自組裝的就是其中一個仍然未被人們理解和掌握的關鍵問題。申請者以圓柱面為特例，嘗試通過對自組裝結構及動力學問題的研究，闡釋顆粒形狀及曲面曲率與自組裝行為的關係，解析非球形膠體在曲面上的自組裝規律。本項目將以用光刻技術製備的微米大小的圓盤形膠體為模型系統，開發完善曲面上的粒子顯微追蹤技術；揭示圓盤形膠體在圓柱面上的自組裝結構及其動力學，闡明其自組裝結構與顆粒大小、圓柱面尺寸的關係；進一步研究正多邊形膠體在圓柱面上的自組裝，探索顆粒形狀在曲面自組裝中所起的作用。該研究將推動人們對非球形膠體在曲面上自組裝規律的認識和理解，為發展利用非球形膠體的自組裝來製備超材料的技術提供理論依據和實驗基礎。

結題摘要

利用膠體系統通過引導自組裝來合成製備新材料對解決人們對於新型功能性材料的需求具有重要意義。非球形膠體自組裝因其可形成的結構豐富、功能多樣，因而在可感測的智慧型材料、可控光傳輸的光帶隙材料以及用於電動汽車的儲能材料等領域有著獨特的優勢，是膠體與界面化學的一個研究熱點。而非球形膠體在曲面上是如何自組裝的就是其中一個仍然未被人們理解和掌握的關鍵問題。在本項目中，申請者以圓柱面為特例，嘗試通過對自組裝結構及動力學問題的研究，闡釋顆粒形狀及曲面曲率與自組裝行為的關係，解析非球形膠體在曲面上的自組裝規律。針對此研究目標，本項目利用光刻技術製備了微米大小的非球形膠體顆粒，包括正多邊形，圓盤形，以及風箏形顆粒，開發完善了曲面上的粒子顯微追蹤技術；研究了不同膠體顆粒在圓柱面上的自組裝結構及動力學。研究結果發現圓盤形顆粒在圓柱面上的自組裝與其在平面上的自組裝相似，而三角形和正方形在圓柱面上的自組裝顯示出與平面上不同的自組裝行為，揭示了顆粒形狀對自組裝行為的影響；通過研究正方形在不同曲率的圓柱面上的自組裝，發現在曲率大的圓柱面上正方形由於取向受限而表現出不同於其在曲率小的圓柱面上的自組裝行為，揭示了曲面曲率對於該自組裝的影響；利用三角形在圓柱面上的自組裝，得到了蜂窩狀單晶結構，為人們製備類蜂窩狀晶體結構提供了一種新方法；對於非正多邊形的風箏形顆粒，其在圓柱面和平面上的自組裝結構相似，都為無序結構。進一步研究發現風箏形玻璃態的低頻振動模式具有平動上非局域而轉動上局域的特點。另外，本項目也開展了計算機模擬工作，利用蒙特卡羅和分子動力學模擬方法對部分實驗體系進行模擬，並與實驗結果相互驗證，進一步加深了對於非球形膠體自組裝行為的理解。該研究將推動人們對非球形膠體在曲面上自組裝規律的認識，為發展利用非球形膠體的自組裝來製備新材料的技術提供理論依據和實驗基礎。