發(fā)布時間：2020-09-28 15:20

　　 Janus顆粒是兩側具有不同性質的非均質顆粒的統(tǒng)稱。由于其自身的非對稱特性,功能化Janus顆粒可以利用環(huán)境中的“燃料”進行非對稱的物理或化學反應,從而在顆粒兩側形成濃度、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行自主運動。由于Janus顆粒的自驅動特性與反應條件(如反應物濃度)具有高度靈敏的依賴關系,以及其自驅動帶來的外加動力使其在水環(huán)境監(jiān)測和修復、生命醫(yī)藥等領域具有廣闊的應用前景。因此,如何準確、高效地表征單一及群體Janus顆粒的自驅動行為,如有效擴散系數(shù)、自驅動速度、運動軌跡等,成為其應用的基礎。Janus顆粒間的自驅動并不是孤立,而是相互作用的,從宏觀上看,群體性Janus顆粒的自驅動不同于單個Janus顆粒的自驅動,大多數(shù)學者僅對單個Janus顆粒的自驅動進行研究。本文利用動態(tài)光散射法(Dynamic Light Scattering,DLS)對群體Janus顆粒的自驅動進行實驗研究,研究對象為1μm Pt-SiO_2型Janus顆粒(通過旋涂技術結合電子束蒸發(fā)制得)。由于微納顆粒易發(fā)生團聚,本文首先進行了基于DLS的Janus顆粒解團聚實驗研究。實驗中探究了不同方法對Janus顆粒解團聚的影響,實驗結果表明:超聲可以對Janus顆粒進行解團聚,使團聚的顆粒分散,超聲3分鐘的解團聚效果優(yōu)于超聲5分鐘的解團聚效果;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顆粒進行解團聚,經(jīng)CTAB處理后,Janus顆粒達到單分散狀態(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溶液中的自驅動行為,并將實驗結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的實驗結果進行了對比與分析。實驗結果表明:群體Janus顆粒的自驅動表現(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直接測得的自相關函數(shù)經(jīng)反演算得到了群體Janus顆粒在極短時間間隔內的均方位移。研究結果表明: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兩種方法實驗結果的重要因素。由于SPT法的觀測時間間隔可以調整,可得到Janus顆粒各階段的運動特征。DLS的實驗結果受到其最長觀測時間的限制(自相關系數(shù)從1減小到0的時間),當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。
【學位單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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溶液中的自驅動示意理與周圍環(huán)境發(fā)生催化反應，引起左右兩側 H自建電場，Janus 顆粒顯正電性或者負電性時 顆粒做定向驅動，即自電泳動。Janus 顆粒的的響應，而是在其自建電場的作用下進行的 等[23]于 2004 年首次在實驗中觀察到，圖 1

更為復雜的機理。Zhao 等[8]采用直徑20μm~50μm的Janus微球觀察”交替的準振蕩式運動，并觀測到 Janus 微球的s，通過建立數(shù)值模型，對氣泡驅動機理進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)準振蕩運動。的應用us 顆粒的自驅動特性與反應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[域具有廣闊的應用前景。環(huán)境領域的水質環(huán)境監(jiān)測方面具有實際應用，如DOT-Au 管式微馬達代替活體生物進行水質監(jiān)測達，利用Au-Pt納米馬達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】

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本文編號：2828949