發(fā)布時間：2020-09-28 15:20

　　 Janus顆粒是兩側(cè)具有不同性質(zhì)的非均質(zhì)顆粒的統(tǒng)稱。由于其自身的非對稱特性,功能化Janus顆�？梢岳�用環(huán)境中的“燃料”進(jìn)行非對稱的物理或化學(xué)反應(yīng),從而在顆粒兩側(cè)形成濃度、光強或電場等物理量的梯度場,利用該梯度形成的非對稱動量分布進(jìn)行自主運動。由于Janus顆粒的自驅(qū)動特性與反應(yīng)條件(如反應(yīng)物濃度)具有高度靈敏的依賴關(guān)系,以及其自驅(qū)動帶來的外加動力使其在水環(huán)境監(jiān)測和修復(fù)、生命醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,如何準(zhǔn)確、高效地表征單一及群體Janus顆粒的自驅(qū)動行為,如有效擴散系數(shù)、自驅(qū)動速度、運動軌跡等,成為其應(yīng)用的基礎(chǔ)。Janus顆粒間的自驅(qū)動并不是孤立,而是相互作用的,從宏觀上看,群體性Janus顆粒的自驅(qū)動不同于單個Janus顆粒的自驅(qū)動,大多數(shù)學(xué)者僅對單個Janus顆粒的自驅(qū)動進(jìn)行研究。本文利用動態(tài)光散射法(Dynamic Light Scattering,DLS)對群體Janus顆粒的自驅(qū)動進(jìn)行實驗研究,研究對象為1μm Pt-SiO_2型Janus顆粒(通過旋涂技術(shù)結(jié)合電子束蒸發(fā)制得)。由于微納顆粒易發(fā)生團(tuán)聚,本文首先進(jìn)行了基于DLS的Janus顆粒解團(tuán)聚實驗研究。實驗中探究了不同方法對Janus顆粒解團(tuán)聚的影響,實驗結(jié)果表明:超聲可以對Janus顆粒進(jìn)行解團(tuán)聚,使團(tuán)聚的顆粒分散,超聲3分鐘的解團(tuán)聚效果優(yōu)于超聲5分鐘的解團(tuán)聚效果;分別加入反絮凝劑NaOH及陽離子型表面活性劑(溴化十六烷三甲基銨(CTAB))并超聲3分鐘同樣可以對Janus顆粒進(jìn)行解團(tuán)聚,經(jīng)CTAB處理后,Janus顆粒達(dá)到單分散狀態(tài),但是CTAB分子會吸附在Janus顆粒的固-液界面上,在Janus顆粒表面形成一層CTAB分子膜,將可能影響Pt的催化效果,從而使Janus顆粒的自驅(qū)動速度減小。最后本文利用DLS研究了群體Janus顆粒在純水及不同濃度H_2O_2溶液中的自驅(qū)動行為,并將實驗結(jié)果與本課題組前期利用單粒子追蹤法(Single Particle Tracking,SPT)研究單個Janus的實驗結(jié)果進(jìn)行了對比與分析。實驗結(jié)果表明:群體Janus顆粒的自驅(qū)動表現(xiàn)為增強型布朗運動行為。隨著H_2O_2溶液濃度的增加,DLS測得的群體Janus顆粒的有效擴散系數(shù)增大且都大于其在純水中布朗運動時的擴散系數(shù),但小于利用SPT法測得的單個Janus顆粒的有效擴散系數(shù)。此外,隨著H_2O_2溶液濃度的增加,DLS測得群體Janus顆粒的馳豫時間減小。本文還利用DLS直接測得的自相關(guān)函數(shù)經(jīng)反演算得到了群體Janus顆粒在極短時間間隔內(nèi)的均方位移。研究結(jié)果表明:在相同觀測時間間隔下,隨著H_2O_2溶液濃度的增大,Janus顆粒的均方位移增加;在相同濃度的H_2O_2溶液中,隨著觀測時間間隔的增加,Janus顆粒的均方位移增加。最后,本文對比分析了DLS與SPT研究Janus顆粒運動行為的區(qū)別,并指出觀測時間間隔是影響DLS和SPT兩種方法實驗結(jié)果的重要因素。由于SPT法的觀測時間間隔可以調(diào)整,可得到Janus顆粒各階段的運動特征。DLS的實驗結(jié)果受到其最長觀測時間的限制(自相關(guān)系數(shù)從1減小到0的時間),當(dāng)最長有效觀測時間小于特征時間τ_R時,可得到群體Janus顆粒處于“定向推動擴散”階段的運動特征,當(dāng)最長有效觀測時間大于特征時間τ_R時,可得到群體Janus顆粒處于“類布朗運動”階段的運動特征,此外,受限于最長有效觀測時間,DLS只能得到Janus顆粒在上述兩階段中某一階段的運動特征。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O347.7
【部分圖文】：

不同形狀Janus顆粒示意圖

.4 Pt-SiO2型 Janus 顆粒在 H2O2溶液中的自驅(qū)動示意理與周圍環(huán)境發(fā)生催化反應(yīng)，引起左右兩側(cè) H自建電場，Janus 顆粒顯正電性或者負(fù)電性時 顆粒做定向驅(qū)動，即自電泳動。Janus 顆粒的的響應(yīng)，而是在其自建電場的作用下進(jìn)行的 等[23]于 2004 年首次在實驗中觀察到，圖 1

更為復(fù)雜的機理。Zhao 等[8]采用直徑20μm~50μm的Janus微球觀察”交替的準(zhǔn)振蕩式運動，并觀測到 Janus 微球的s，通過建立數(shù)值模型，對氣泡驅(qū)動機理進(jìn)行解釋力推動微球向前運動，氣泡破裂過程產(chǎn)生一個瞬時運動，從而實現(xiàn)準(zhǔn)振蕩運動。的應(yīng)用us 顆粒的自驅(qū)動特性與反應(yīng)條件具有高度靈敏的加動力，使得 Janus 顆粒在生命醫(yī)藥[24-26]、自組裝[域具有廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)境領(lǐng)域的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測方面具有實際應(yīng)用，如DOT-Au 管式微馬達(dá)代替活體生物進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測達(dá)，利用Au-Pt納米馬達(dá)在不同金屬溶液中的自的濃度及分布，圖 1.6為其在不同金屬離子溶液中

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2828949