基于褶皺的膠體晶體自組裝.pdf

1、褶皺是自然界的常見現(xiàn)象之一,通常是由于柔性襯底/剛性薄膜系統(tǒng)應(yīng)力失配引起的,其在細(xì)胞培養(yǎng)模板、分離膠體粒子、有序結(jié)構(gòu)模板等方面有重要應(yīng)用。本論文采用PDMS柔性襯底/Pt剛性薄膜系統(tǒng),通過預(yù)制邊界條件,實(shí)現(xiàn)了褶皺圖案有序化,實(shí)時(shí)觀察熱處理法下褶皺的產(chǎn)生與退化過程,得出了演化的規(guī)律和缺陷形成機(jī)理,對制備大面積低缺陷率的有序褶皺有積極的意義?；隈薨櫡崔D(zhuǎn)現(xiàn)象,進(jìn)行了二元單層膠體粒子的自組裝,以一種新途徑實(shí)現(xiàn)了同一平面的多元膠體晶體自組裝。主

2、要研究內(nèi)容如下:
　　 1.通過30℃降溫至0℃再升溫至25℃的方法,預(yù)制浮雕圖案的PDMS襯底/Pt薄膜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有序褶皺的反轉(zhuǎn)過程。通過控制薄膜厚度和襯底的楊氏模量控制了褶皺的波長,濺射過程中產(chǎn)生的中間層使實(shí)際值偏離了理論值。通過預(yù)制邊界條件,控制了褶皺花樣,并從理論力學(xué)角度解釋斑條形、魚骨形和迷宮形花樣產(chǎn)生的原因。同時(shí),研究了有序褶皺的產(chǎn)生與退化規(guī)律,運(yùn)用力學(xué)理論研究了褶皺起源和演化、缺陷的形成與演化機(jī)理、溫度對波長和振幅

3、的影響以及降溫速率和缺陷的關(guān)系。這對自然界平行脈結(jié)構(gòu)的物理形成機(jī)理具有一定的啟示意義。
　　 2.研究了膠體晶體在應(yīng)力褶皺結(jié)構(gòu)上的組裝規(guī)律及缺陷。首先,采用乳液法制備了均一的平均粒徑分別為200nm,230nm,260nm,300nm和370nm的聚苯乙烯微球,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5％。然后讓膠體顆粒在冰水浴的氣—液界面處形成有序膠體層,用提拉法在PDMS襯底/Pt薄膜應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系表面制備了一元二維單層膠體晶體,通過控制十二烷基硫

4、酸鈉和乙醇含量,得到了自組裝的最佳參數(shù)條件。通過調(diào)控襯底褶皺波長和褶皺花樣,調(diào)控了帶狀膠體晶體帶狀寬度、分布間距和排布花樣。通過調(diào)控膠體粒子的粒徑,研究了膠體晶體的缺陷。
　　 3.基于褶皺反轉(zhuǎn)行為,常溫下使用提拉法在預(yù)制一元膠體晶體的PDMS襯底/Pt薄膜結(jié)構(gòu)表面外延生長了二元二維單層膠體晶體。通過調(diào)控成膜的方法,得到了最佳實(shí)驗(yàn)條件。通過調(diào)控襯底的褶皺花樣,得到了斑條形和魚骨形的單層帶狀膠體晶體,并研究了外延生長的膠體晶體結(jié)構(gòu)