渗透压驱动的Janus胶体马达的构筑及运动行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huanxia185
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在自然界中,高效的生物马达可以在体内自发的执行各种任务。天然生物马达几乎参与细胞的分裂、生长、和迁移等全部生命周期。受此启发,近些年来人造胶体马达的设计和构筑已经成为了科学家的关注热点,并期望实现其在微纳米尺度下的精准受控运动,以满足在分子尺度中执行复杂精细任务的应用。经过科学家多年的探索,不对称胶体马达已经成为目前的研究重点,其中典型的Janus胶体马达是一种多功能的各向异性粒子,基于其不对称的结构可以有效地自主运动,为各种任务提供无限的可能性。开发具有可控尺寸、工程化纳米结构和创新驱动机制的新型Janus胶体马达一直是研究者的挑战,相较于常规泳驱动胶体马达,引入渗透压作为马达的驱动力可以使马达的运动能力显著增强,更加高效、安全且可靠。本实验以生物相容性聚合物为构筑材料,基于自底向上的自组装技术构筑渗透压驱动的Janus胶体马达,并在酸性溶液中成功实现马达的自驱动行为。通过优化实验条件,确定制备单分散介孔碳酸钙(Ca CO3)微球的最佳条件是转速为400rpm,搅拌时间为30 s。进一步,在含15 mg/m L多巴胺的碱性Tris试剂中构筑聚多巴胺(PDA)膜层,构建了具有开口结构的Ca CO3-PDA Janus胶体马达。基于Ca CO3-PDA Janus胶体马达进行逐层组装聚苯乙烯磺酸钠/聚烯丙基胺盐酸盐(PSS/PAH)开口膜层,成功构筑了具有开口膜层的Ca CO3/PDA/(PSS/PAH)n Janus胶体马达。通过对两种马达在盐酸溶液中运动的均方位移、扩散系数、平均速度等运动数据分析,发现当在燃料浓度超过3.25 mmol/L时,马达具有明显的自驱动行为,并随燃料浓度的提高,其运动活性随之增大。此外,随着Ca CO3/PDA/(PSS/PAH)n Janus胶体马达的开口聚电解质膜层增多,其对燃料溶液响应程度表现出下降趋势。进一步对两种马达进行有限元仿真以分析其自驱动机理,阐明其利用渗透压变化实现马达的自驱动机制,实现胶体马达在酸性环境中的高效自驱动。综上,本文利用多巴胺的碱性自聚合作用与自底向上的层层自组装技术结合,成功构筑渗透压驱动的Janus胶体马达,并实现其在酸性环境中的高效自驱动运动。这些研究成果将为后续进一步深入开发研究Janus胶体马达的驱动行为及运动机理奠定了良好的基础,并为探索胶体马达的运动机理和开发新型驱动机制提供了新思路。
其他文献
在实际应用过程中,柔性超级电容器在没有外力的作用下,无法长久的固定为特殊形状。形状记忆聚合物作为一种可以固定临时形状,又可以在特殊刺激条件下转变为原始形状的智能材料,可以满足这一需求。因此我们制备了一种具有形状记忆功能的超级电容器,以弥补传统柔性超级电容器的不足。如何抑制形状回复率的衰减以及减小形变对电化学稳定性的影响是该领域的两个问题。本文以聚乙烯醇(PVA)为初始材料,通过向PVA中引入特殊弱
学位
使用聚合物电解质的固态锂电池具有较高的安全性和能量密度,但其实际应用受制于聚合物电解质的室温离子电导率较低、力学性能差以及与电极接触不好。为了解决上述问题,本论文以聚氨酯-双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)电解质为研究对象,采用钛酸钠纳米棒(NTO)和微米级的玻璃纤维(GF)掺杂,并结合有机小分子丁二腈(SN)增塑,获得了具有高机械强度、高弹性、高室温离子电导率并且与电极接触紧密的聚合物复合电解
学位
近年来,得益于柔性可穿戴及可植入设备的飞速发展,先进柔性储能器件如锂电池的研发极为迫切。在众多性能需求中,小型化、轻量化、应变适应性与无害是可穿戴/植入式柔性锂离子电池研究的重中之重,设计新型柔性纤维状锂离子电池具有重要的研究意义。本文通过将海藻酸钠、Li2SO4、丙烯酰胺通过光引发聚合交联形成海藻酸钠/Li2SO4/聚丙烯酰胺(SA/Li2SO4/PAM)水凝胶电解质。研究各组分对该水凝胶力学性
学位
近年来,吉尔吉斯斯坦的汉语学习者数量迅速增加,汉语教师数量的需求不断增加。在这种情况下,吉尔吉斯国内没有适合的汉语教材,大部分都是使用从中国出版的俄语教材。教材的选择在第二语言初级教学阶段中影响深远,如果不能为学习者在这一阶段打下坚实的语言基础,会直接影响其未来对这门语言的理解与运用。而目前在第二语言教学中,尽管教材数量繁多,但质量却参差不齐,而教材质量是可以决定教学成果的重要因素。本篇文主要是对
学位
重金属铀酰离子(UO22+)超标对人体健康和环境具有不可逆转的危害,美国国家环境保护局(EPA)规定饮用水中铀的污染限度为30 ppb,因此快速精准检测和监测UO22+的工作及研究具有重要的现实意义。具有光物理/化学性能稳定、表面易于功能化修饰、成本低、无毒和良好的生物相容性等综合优势的碳点可提供良好的光学响应,选择性结合特定的分析物,从而形成现场和即时监测UO22+的光化学传感器。选用合适碳源前
学位
新型镍锌/锌-空气复合电池巧妙地结合了镍锌电池(Ni-Zn)和锌-空气电池(Zn-Air)的优点,提供高工作电压、能量密度和功率密度,被认为是一种具有实际应用前景的锌基电池。遗憾的是,此类电池的研究很少,已报道的正极材料十分有限,严重阻碍了锌复合电池的发展与应用。本文以钼酸镍(NiMoO4)为电化学活性材料,通过原位生长策略使其生长在泡沫镍(NF)上以制备一体化NiMoO4/NF正极,对其微观结构
学位
超疏水表面因其具有自清洁、油水分离、防冰、防雾等多种功能而受到广泛关注。然而,超疏水表面容易受到外界破坏而失去超疏水性能,这极大地限制了其在日常生活和生产中的实际应用。同时,对于自修复超疏水表面的研究存在着制备工艺复杂,成本昂贵等缺陷。本论文以具有形状记忆功能的环氧树脂为基体,二氧化硅为无机填料,采用简单喷涂的方法构筑表面粗糙结构,制备了一种可自修复的超疏水表面,利用环氧树脂的形状记忆功能,实现对
学位
酚醛树脂基泡沫成本低廉、原料易得,具有轻质、隔热和耐热等性能,在国民经济、航空航天等领域得到了广泛应用。但在高温烧蚀的条件下,酚醛树脂基泡沫会出现开裂、掉渣等问题,无法满足高温长时间的使用要求。因此,通过分子杂化的方法,在酚醛树脂分子结构中引入具有更高热稳定性的Zr B2结构链段,可以提高其高温结构稳定性能,进而制备出具有超高温性能的硼化锆-酚醛树脂基泡沫。本论文制备出无水酚醛预聚物作为结构基础、
学位
在21世纪当代艺术的发展过程中,艺术与疾病为主题的艺术创作与研究愈加激烈。与过去相比,女性健康话题已渐渐成为研究与创作主题。跨学科研究为艺术与医学发展提供了更多可能性。通过女性疾病的数据与理论研究,总结女性健康问题是社会发展中面临的重要问题之一。患者情绪的变化为艺术创作与疾病研究架起桥梁,深入研究艺术与疾病实现“美”与“丑”重构的视觉艺术是本次研究的目的。本论文通过跨学科理论分析法、案例分析法、资
学位
核能作为没有任何温室气体排放的清洁能源已经成为人类重要的能源选项,核能的发展必然伴随大量含铀废液的产生,如何对其妥善处理成为一个重要的问题。经过数十年发展,研究者已开发出包括化学沉淀、离子交换、膜分离及吸附法等在内的多种铀去除技术,其中吸附法作为一种简单、高效的铀去除手段得到了越来越多的关注。水滑石材料因具有比表面积大、离子交换性能好且组成结构可调控等优势成为备受关注的一类吸附材料,本研究将磁性金
学位