基于琼脂糖的复合凝胶的制备及其性能研究

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1、ＷｕｈａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ硕士学位论文基于琼脂糖的复合凝胶的制备及其性能研究学科专业：高分子化学与物理研究生：杨婉指导教师：吴江渝教授培养单位：材料科学与工程学院二〇—ｂ年五月分类号：063学校代号：10490学号：201401049密级：武汉工程大学硕士学位论文基于琼脂糖的复合凝胶的制备及其性能研究作者姓名：杨婉指导教师姓名、职称：吴江渝教授申请学位类别：理学硕士学科专业名称：高分子化学与物理研究方向：功能高分子论文提交日期：2017年3月30

2、日论文答辩日期：2017年5月22日学位授予单位：武汉工程大学学位授予日期：年月日答辩委员会主席：钟振林PreparationandpropertiesofAgarose-basedcompositehydrogelAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterMajor：PolymerchemistryandphysicsCandidate：YangWanSupervisor：Prof.WuJiangyuWuhanInstituteofTechnologyWuhan,Hubei4300

3、70,P.R.China摘要摘要琼脂糖凝胶具有电中性，多孔性，以及较好的化学稳定性，可作为制备纳米金属材料的模板和载体。琼脂糖凝胶的溶胶-凝胶热可逆性使其成为潜在的自修复材料。本论文的主要研究工作围绕着琼脂糖凝胶这两个方面的性能展开。贵金属纳米材料的形状和尺寸对其性能和应用有重要影响。银纳米粒子具有优异的物理化学性能，可广泛应用于催化剂、生物医学、光电材料等领域。此外，在银纳米材料中，树枝状结构具有独特的结构特点和物化性质。树枝状结构由一个长的主干和许多分支组成，能提供大量活性原子，应用领域广泛。例如，其典型的微

4、米/纳米等级体系使之能够应用于表面增强拉曼散射(SERS)检测。控制树枝状银的形貌结构对其应用具有重要意义。以琼脂糖凝胶作为模板、还原剂和稳定剂，利用溶胶-凝胶法与硝酸银反应制备琼脂糖/纳米银复合凝胶。通过冷冻干燥的方法将银纳米粒子从凝胶结构中脱出。对制得的复合凝胶和银纳米粒子进行表征，并研究琼脂糖与硝酸银混合溶液的加热时间对复合凝胶的影响。结果表明，延长加热时间可以使琼脂糖溶液中银离子的还原转化率。琼脂糖浓度为1.5wt%，硝酸银浓度为60mM制得的复合凝胶中的银纳米粒子呈球形，分散较为均一，粒径20nm左右。

5、将上述方法制备的琼脂糖/纳米银复合凝胶与铝箔反应，制备琼脂糖/树枝状银复合凝胶。使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察形成的树枝状银结构。硝酸银浓度、琼脂糖浓度、琼脂糖的物理状态、复合凝胶与铝箔接触所处的温度、复合凝胶与铝箔接触方式等条件都会对树枝状银的生长有影响。凝胶中适合树枝状银生长的硝酸银浓度范围为5mM-210mM。琼脂糖浓度低，银粒子聚集较慢，形成结构疏松的银树枝；反之，则形成结构尖锐树枝。琼脂糖呈溶胶或凝胶不完全时，不利于树枝状结构的形成。复合凝胶与铝箔接触后所处温度越高，银粒子聚集越快。铝箔越厚，银粒子

6、聚集越快。通过改变复合凝胶与铝箔的接触面积，可以调节得到的树枝状银的尺寸。树枝状银的生长机理符合限制扩散凝聚模型。此外，我们还研究了利用琼脂糖凝胶实现自修复的可能性。研究了pH值和离子强度对琼脂糖凝胶性能的影响。结果表明，5≤pH≤10时凝胶的强度受影响不大；在实验范围内离子强度对琼脂糖的凝胶性影响不大。合成了超支化聚酰胺胺，对其进行I硕士学位论文红外和核磁表征，超支化聚酰胺胺的支化度为0.71。初步尝试了琼脂糖凝胶、聚丙烯酸与超支化聚酰胺胺之间通过氢键作用和静电相互作用进行自修复的可行性试验。在实验条件下未能实

7、现复合凝胶的自修复，实验方法和实验条件有待进一步改善。关键词：琼脂糖，银纳米粒子，树枝状银，复合凝胶，可控制备，自修复IIAbstractAbstractAgarosegelisakindofhydrogelwithchargeneutrality,porosity,andgoodchemicalstability,andisagoodcandidateastemplateandsupportforpreparationofnanomaterials.Thesol-gelreversibilityofagaros

8、egelalsomakesitapotentialmaterialfortheself-healingprocess.Themainworkofthisthesisisbasedonthesepropertiesofagarosegel.Themorphologyandsizeofthenanomaterialsisofgreatimportancefortheirper