特殊浸潤性納米材料的制備及其在水下液滴輸運中的應(yīng)用.pdf

1、微液滴的操控因具有分析精確度高、環(huán)境污染小等優(yōu)點而在微化學反應(yīng)、生物分析、可控藥物釋放、無損液滴輸運及納米材料合成等方面得到廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有的操控方式存在液滴的操控設(shè)備制造成本高、操作方式不靈活以及液滴自身的揮發(fā)等諸多問題，因此限制了微液滴操控技術(shù)的發(fā)展。針對上述問題，本研究利用超疏水或水下超疏油納米材料對油滴進行吸附或包裹，然后分別利用磁、熱、光等手段實現(xiàn)油滴在水中非接觸的可控輸運，并且利用這種油滴輸運方式實現(xiàn)了水中不同種類有機試劑

2、的高效快速混合與反應(yīng)。本論文的研究成果將在水中微化學反應(yīng)、微量成分分析等方面具有重要的應(yīng)用前景。
　　以聚苯乙烯(PS)微/納米球作為模板，通過自組裝和高溫燒結(jié)制備三維多孔磁性Fe(Co或Ni)/C的復(fù)合材料。所得納米復(fù)合材料無需低表面能物質(zhì)處理而具有超疏水超親油特性，能夠快速的吸附水面不同種類油。在磁場的控制下，吸附了油的復(fù)合材料可以在水中自由輸運，將水面的油帶到水下，與水下的油滴接觸，由此來實現(xiàn)水中不同密度有機物的有效混合。被

3、吸附的油還能夠在磁場控制下從水中移除，從而達到了油水混合物有效分離的目的。由于Fe(Co或Ni)/C復(fù)合材料具有較好的耐酸堿性，因此可以使這種磁控油滴輸運方式適用于多種水環(huán)境。
　　為了實現(xiàn)水下油滴向水上的垂直輸運，本論文采用具有溫度響應(yīng)特性的SiO2(Fe3O4或PS)-PNIPAm納米材料作為油滴輸運工具。室溫下，將納米顆粒包裹在水下油滴表面形成一層緊密的包裹層。這層包裹的納米顆粒能夠使油滴與基底進行有效隔離，避免了因與基底的

4、接觸而對油滴帶來的污染與損失。另外，這層包裹層能夠有效的密封住通過調(diào)節(jié)水溫而在油滴內(nèi)產(chǎn)生的氣泡。通過控制油滴內(nèi)氣泡體積的大小，實現(xiàn)了油滴向水上的可控輸運，同時還實現(xiàn)了油滴在水中的多次往返運動。除此以外，利用具有磁性的Fe3O4-PNIPAm納米材料還能夠?qū)崿F(xiàn)對液滴輸運方向的調(diào)控。通過這種溫控輸運方式，本論文實現(xiàn)了在無外界作用力控制下水下的油滴(CHCl3、CH2Cl2或CCl4)與水面油滴(十二烷等)的有效混合。
　　為了更加精確

5、地控制液滴在水下的輸運過程，采用具有光熱轉(zhuǎn)換特性的Fe3O4@聚多巴胺(PDA)核殼結(jié)構(gòu)納米材料對油滴進行包裹。該納米材料是在堿性條件下將多巴胺聚合在Fe3O4納米顆粒表面而得到。對包裹層進行近紅外激光照射后，可通過控制近紅外激光的照射條件，調(diào)節(jié)包裹油滴內(nèi)氣泡體積來達到液滴從水下向水上可控性輸運的目的。這種利用激光來控制的液滴輸運，可以實現(xiàn)液滴在水中的懸停、多次往返等操作。另外，在磁場作用下，油滴表面Fe3O4@PDA包裹層可以被可逆的