溶致液晶模板法概述

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1、溶致液晶模板法概述1.溶致液晶概述1.1液晶液晶是指处于屮介相(mesophase)状态或称介晶态的物质，是一种热力学稳定状态，它一方面具有像液体一样的流动性和连续性，另一方面乂具有像晶体一样的各向异性。奥地利禎物学家F.Reinitzer在加热胆甾醇苯甲醋晶体吋首次观察到液晶现象，德国物理学家0.Lehrmnn将其命名为液晶。液晶是长程冇序而短程无序的，即其分+排列存在位置上的无序性和取叫上的一维或二维长程宥序性，并不存在像品体那样的空间品格。根据形成条件和组成可将液品分为热致(thermotrop

2、ic)和浴致(lyotropic)液晶。热致液晶一般为单一组分，其液晶相由温度变化产生，只在一定的温度范围内存在。溶致液晶一般是由双亲分子与极性溶剂组成的二元或多元体系，液晶相的形貌通过双亲分子与极性溶剂的比例的改变而改变，是由浓度变化引起的，一般也只能存在于一定的温度范围内［9'5］。溶致液晶的研究近年來取得了较大的发展。1.2溶致液晶溶致液晶是由表面活性剂与一定量的极性溶剂组成的二元或加入助表面活性剂和非极性溶剂组成的多元体系，是表面活性剂溶液的一种重要分子有序组合体。溶致液晶分为层状、六角状、立

3、方状和反六角状等。1.3溶致液晶的形成溶致液晶的形成主要依赖于W亲分子问的和互作用，极性基闭问的静电力和疏水基闭间的范德华力。当两亲化合物的固体与水混合时，在水分子的作用下，水浸入固体晶格屮，分布在亲水头基的双层之间，形成夹心结构。溶剂的浸入，破坏了晶体的取A冇序性，使其具冇液体的流动性。随着水的不断加入，可以转变为不同的液晶形态［4］。1.4溶致液晶的表征在不同的液晶相屮，表面活性剂分子的排列方式及相互作用各不相同，结构上的变化导致液晶相在光学、核磁共振以及对X光衍射等方面表现出不同的质，因而通常可

4、以采用偏光显微镜(PolarizedOpticalMicroscopy,POM)观察液品织构、差示妇描量热法(DiffereraialScanningCabrimetry,DSC)确定相变、核磁共振(NuclearMagneticResomme,NMa)技术与小角X射线散射(SmaUAngleX-rayScattering,SAXS)等技术来鉴别液晶和的结构类型［5’6］。另外通过冷冻蚀刻投射电镜技术ffreeFractureTmmmissionEieclronMicroscopy,FFTEM)Ld和

5、低温透射电镜技术(Cryo.TransmissionElectronMicroscopy,Cryo.TEM)［s］口」以观测液晶结构。1.5溶致液晶模板法合成材料的进展由于溶致液晶模板结构多样，模板的连续性、对称性以及微观区域的尺寸大小处于纳米范围可以预先设计和调节［9］;并且液晶相具冇较大的粘度，其中生成的粒子不易团聚；同吋液晶模板在纳米材料合成过程中性能稳定，材料合成厄在一定温度K通过灼烧、溶解等方法即可去除模板。因此，溶致液晶对纳米材料的合成有着重耍的意义。1992年，美WMobil石油公司的B

6、eck等［lQ］首次利用季铵阳离子型表面活性剂溶致液晶为模板，用水热法合成丫介孔二铽化硅和硅酸铝分子筛，大大促进丫溶致液晶模板技术的广泛研究。溶致液晶丰富的相态结构使之成为合成介孑L和纳米材料的良好模板，再加上其对产物在形貌、结构和性能方面的易于调控等优点，以溶致液晶为模板制备材料的研究在近年逐渐引起人们的重视，也在材料合成方面取得丫相当大的进展。可以将以溶致液晶为模板合成的无机纳米材料分为两个方面：（i）多孔纳米结构和GJ）其它纳米结构如零维纳米颗粒，一维纳米线、纳米带和纳米管，二维纳米板。1.6模

7、板法模板合成即是将具有纳米结构且形状容易控制的物质作为模板，通过物理或化学方法将材料（或其前驱物）沉积介:模板孔道内或表面上，除去模板后得到与模板结构互补的纳米结构。该方法将模板复杂的形貌通过简单的步骤复制到产物中。模板法合成的最人优点是具冇通用性，制备的材料种类包括导电聚合物、金属、半导体等，既可以是单一材料也可以是复合材料。产物既可以是实心的纳米纤维也可以是空心的纳米管以及多层膜结构；既可以保留在模板屮也可以单独分离。模板法合成纳米材料操作简便、易于调控，因而受到人们重视［1~3］。制备纳米材料采

8、用的模板主要分为三类，包括硬模板、软模板和生物模板。溶致液晶为软模板，软模板是指表面活性剂分子在溶液中自动聚集形成的各种有序组合体，利用这些宥序组合体作为微反应器，同时利用表面活性剂与界面的相互作用，引导和调控粒子的定向生长，获得多种形貌的纳米材料。2.溶致液晶模板法2.1SDS/CTAB/C5H110H/H20体系构建溶致液晶模板法2.1.1体系构建机理阴离子表面活性剂在水溶液中离解时生成的表面活性剂离子带负电荷。阴离子表面活性剂通常按照其亲水基可分为