罗丹明类荧光探针,具有光稳定性好、较宽的波长范围、较高的荧光量子产率等优点,在生物大分子标记、细胞显色示踪、重金属离子检测以及膜材料等研究领域应用广泛。罗丹明类染料分子的聚集行为受多因素影响:如染料分子结构,溶剂极性,分散体系的结构、种类、以及相互作用等。罗丹明B(RB)作为罗丹明类染料分子的一种,在不同环境下以多种结构形式存在。极性溶剂(水)中RB易聚集形成不具有荧光特性的H-二聚体,是荧光淬灭的原因之一;而弱极性溶剂(醇)中或者处于吸附态的RB,则易聚集形成J-二聚体,且具有荧光特性。本论文研究了RB分子在无机凝胶薄膜中的聚集行为,以及无机凝胶薄膜、高分子薄膜和无机溶胶/高分子复合薄膜对RB分子的吸附行为,其主要内容简述如下:(1)铝溶胶和勃姆石溶胶在溶胶-凝胶转变过程中,溶胶颗粒发生聚集,形成极大的无机凝胶网络,RB分子在其体系中的聚集行为随着溶胶浓缩程度和溶剂组成的变化而变化。将不同浓缩程度的溶胶体系夹在玻璃片中或者用浸渍提拉法制备成薄膜,然后再用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对其进行表征,可分别得到RB分子在两种不同溶胶体系中的聚集行为。在较高固含量的铝凝胶本体和薄膜中,较为复杂的无定型结构有助于水溶剂的储存,进而促进rb单体分子聚集形成h-二聚体。伴随着浸渍提拉过程,溶胶颗粒自身沉积聚集形成孔洞结构,为rb分子和溶剂分子提供储存空间。然而,随着孔洞中溶剂的逐渐挥发,rb分子吸附聚集形成j-二聚体。rb分子在两种溶胶本体体系中聚集行为类似,但勃姆石凝胶薄膜因为具有较规整结构及较大的比表面积,而只形成j-二聚体。由于j-二聚体具有荧光特性,即使较高浓度的掺杂,勃姆石凝胶薄膜中的rb分子也不会发生荧光淬灭,j型聚集反而增强材料的发光性能。将rb掺杂的薄膜分别放入高湿度和异丙醇气氛中,对比分析可知铝凝胶薄膜更适合用于气氛传感,而勃姆石凝胶薄膜更加适用于发光材料或吸附材料的制备。(2)为了弄清楚制膜方法和材料对rb分子在凝胶薄膜中聚集行为的影响,实验分别制备了四种溶胶:铝溶胶、勃姆石溶胶、聚硅酸溶胶和莫来石溶胶,并用静态法将溶胶体系滴加到圆形石英片或硅片上制备旋涂薄膜。凝胶薄膜结构、相互作用、溶剂组成等共同影响着rb分子的聚集行为及传感性能。在铝溶胶,勃姆石溶胶以及莫来石溶胶本体中,rb分子被溶剂分子包围,少量分子吸附在溶胶颗粒上,聚集行为主要受溶剂组成影响。与浸渍提拉薄膜相比,旋涂薄膜较厚,薄膜孔洞结构中能够储存较多的水分子,使得铝溶胶、勃姆石溶胶、莫来石溶胶制备的薄膜中束缚的rb分子均能聚集形成h-二聚体。随着溶胶不断浓缩,体系进一步发生溶胶凝胶转变,吸附在孔壁上的rb分子增加,非氢键吸附的旋涂凝胶薄膜中rb分子可以聚集形成j-二聚体,而氢键吸附的聚硅酸旋涂凝胶薄膜中rb以单体形式存在。孔洞结构较小的聚硅酸凝胶和勃姆石凝胶薄膜较稳定,但对湿度和异丙醇气氛传感不明显。孔洞结构较大的铝凝胶和莫来石凝胶薄膜对湿度传感作用较为明显,但存在有效期,薄膜结构易被凝聚的水溶剂破坏,却可有效地用于异丙醇气氛传感。对比两种制备薄膜的方法,浸渍提拉法更适合制备高发光性能的无机凝胶材料,而旋涂法更适合制备具有气氛传感性能的无机凝胶材料。(3)层层组装(layer-by-layer)是构建二维和三维材料的有效方法,罗丹明类染料在该类膜材料中的聚集和吸附行为的研究较少,以无机溶胶与高分子层层组装制备的复合薄膜作为吸附剂的研究更少。本课题探究了rb在聚乙烯吡咯烷酮(pvpon)和聚丙烯酸(paa)层层组装薄膜中的吸附与释放行为,并将其吸附效果与无机凝胶薄膜和无机溶胶/高分子复合薄膜的吸附能力对比。与罗丹明6g(r6g)和罗丹明110(r110)染料分子相比,rb分子与(pvpon/paa)n层层组装薄膜中高分子之间具有较强的亲和性,吸附效果最好。rb在(pvpon/paa)n层层组装薄膜中的吸附与释放行为,具有较强的ph和温度依赖性。当ph为5.5时,(pvpon/paa)n薄膜发生解离,因此,在ph0.5-ph4.5范围内研究rb分子在薄膜中的吸附与释放行为。当处于ph3.0-ph4.5且较低温度时,(pvpon/paa)n层层组装薄膜能够快速的吸附rb分子并且保持较高的储存量。但在ph小于2.0或者较高温度下,染色的薄膜表现为快速释放和较低储存量。当ph高于5.5时,薄膜发生解离,吸附的rb分子被完全释放出来。由(pvpon/paa)n层层组装薄膜对rb分子的吸附行为可知,只有paa成分影响着薄膜的吸附性能。当用较高浓度溶液染色时,无机凝胶薄膜和无机溶胶/高分子旋涂层层组装复合薄膜的吸附能力均不如低浓度时(pvpon/paa)n浸渍层层组装薄膜的对rb的吸附效果。(4)勃姆石凝胶颗粒较大的比表面积,和paa的羧基官能团使它们对rb分子都有一定的吸附性,因此它们被用来构筑层层组装复合薄膜。由于旋涂法制备的复合薄膜对rb的吸附性能并不理想,于是浸渍法被用来制备复合薄膜。酸性条件下,勃姆石溶胶(boehmite)能够以较稳定的胶体形式存在,溶胶颗粒表面富含羟基且带正电荷,与paa溶液等体积混合后形成复合物沉淀,具有一定的成膜性。组装液浓度和ph对薄膜的性能均有一定的影响。稀释倍数较大的勃姆石溶胶颗粒受外界因素影响较小,制备的薄膜较稳定。不同ph下制备(boehmite/paa)n层层组装薄膜,由其傅立叶红外光谱分析可知:静电作用是薄膜的主要成膜驱动力,在较低ph下氢键作用辅助驱动薄膜的组装,如ph2.0-ph3.0。在ph2.0条件下,薄膜以非线性转线性的方式增长。优化条件下制备的复合薄膜在碱性溶液中浸泡一段时间后,薄膜溶胀并且以碎片形式剥离基片。热交联后薄膜稳定性增加,碱性溶液浸泡后薄膜能够克服与基片的结合力,完整的剥离基片,成为稳定的自支撑薄膜。复合膜中boehmite和paa对rb分子的双重吸附效果,决定了(Boehmite/PAA)n层层组装复合薄膜对RB分子的吸附性能优于(PVPON/PAA)n层层组装薄膜。自支撑薄膜对RB分子的吸附是由内扩散控制的一级动力学过程,是属于化学吸附范畴的放热过程,且符合Freundlich等温吸附模型。除此,自支撑纳米复合薄膜可多次重复应用于RB的吸附。勃姆石溶胶颗粒和PAA聚合物电解质间的成功组装,拓宽了层层组装技术的应用领域,为其它高性能材料的制备提供了方法,并奠定了一定的理论基础。