论文部分内容阅读
单个胶体粒子，特别是复杂性胶体粒子的可操控性直接决定了胶体的界面吸附行为、组装结构等，其很大程度决定于胶体的结构和表面化学。对胶体的表面进行分区，产生导向性的相互作用，或者对胶体的结构进行控制，产生特殊的空间位阻，是目前操纵胶体的一些主要方法。Janus胶体作为一种特殊的可操控性复杂性胶体，其表面分区和双重功能集成的特性使其在很多方面都有着潜在的重要应用。尽管目前报道的制备方法已经较多，然而仍存在很多问题。本论文将主要针对复杂性胶体结构中的三个问题开展系统性研究。
1)针对液—液界面制备Janus胶体过程中胶体易在界面上转动导致制备失败的问题，设计了一种双相同时原子转移自由基聚合(ATRP)接枝制备Janus胶体的新方法。ATRP在Pickering乳液的界面上进行，同时在水相和甲苯相中实行PAAm和PS的ATRP增长，得到了一边接枝PS一边接枝PAAm的Janus胶体。进一步可对该胶体表面特定区域进行改性和功能复合，如在PAAm区域吸附金属Au纳米粒子、顺磁性的Fe3O4纳米粒子，以及原位还原复合Ag纳米粒子等，形成一系列的复合Janus胶体。对比实验表明，若吸附在Pickering乳液界面上的二氧化硅胶体为疏水性的，当仅在油相中聚合时，胶体生长成SiO2/PS核壳结构，而当仅在水相中聚合时，得到的也为Janus胶体。在胶体粒子或大分子的诱导下，归因于方向性的相互作用，所制备的Janus二氧化硅胶体也能形成一些复杂的超结构。
2)针对非球形单分散Janus胶体制备困难的问题，设计了一个大量制备此类胶体的方法。该方法从Pickeirng乳液出发，对吸附在界面上的二氧化硅胶体进行不对称刻蚀，随着刻蚀时间的增加，得到的Janus胶体从球形到非球形逐渐演化，如演变成蘑菇形，刻蚀过程也被详细讨论。利用未刻蚀部分保留的功能基团，如双键，结合乳液聚合接枝技术，其它的一系列非球形的Janus胶体也能被制备，如带有PS帽的SiO2胶体，SiO2/PS二聚体，带有PS纳米花的S102胶体等。
3)针对三维有序结构材料的结构控制问题，设计了一个在胶体晶表面ATRP接枝聚合物刷的新方法，制备了一种Opal和反Opal互锁的新结构，其组分可以调节，如PS、PAN等。控制聚合反应时间，聚合物刷的厚度可以控制，结构能从Opal和反Opal互锁结构到反Opal结构演化。通过进一步改性，如磺化、碳化等，也制备了PS/PANi、C的Opal和反Opal互锁结构。这个方法具有通用性，能扩展到一系列的Opal和反Opal互锁结构的制备。