碳包覆Fe3O4胶态纳米粒子的磁诱导自组装及其仿生应用

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1、分类号：TB17单位代码：10183研究生学号：2015452061密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）碳包覆Fe3O4胶态纳米粒子的磁诱导自组装及其仿生应用Magneticinductionself-assemblyofcarboncoatedFe3O4colloidalnanoparticlesanditsbiomimeticapplication作者姓名：薛婧泽专业：仿生科学与工程研究方向：仿生智能材料及仿生3D打印指导教师：刘燕教授培养单位：生物与农业工程学院2018年6月————————————————————

2、———————————碳包覆Fe3O4胶态纳米粒子的磁诱导自组装及其仿生应用———————————————————————————————Magneticinductionself-assemblyofcarboncoatedFe3O4colloidalnanoparticlesanditsbiomimeticapplication作者姓名：薛婧泽专业名称：仿生科学与工程指导教师：刘燕教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月30日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得

3、对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明：，是本人在指导教师的指导下本人郑重声明所呈交学位论文，独立进行研宄工作所取得的成果．。除文中己经注明引甩的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果：对本文的研究做出重要贡献的个人和集体：，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：如＜

4、月丄曰／ｆ年摘要摘要碳包覆Fe3O4胶态纳米粒子的磁诱导自组装及其仿生应用近年来，模仿自然界中的有序微纳结构，并以此为基础进行其功能开发，成为了科学家们的研究热点。光子晶体作为高度有序的微观周期性结构引起了人们的广泛关注，它可以实现对光波的调控，满足了一些特殊物理光学器件，生物医疗诊断，化学传感领域的应用需求。传统光子晶体制备方法存在制备周期长、效率低、设备昂贵、过程复杂、结构稳定性差等缺陷。因此，研发出经济、高效，并能大面积制备光子禁带在可见光范围内的光子晶体的方法，对于扩展光子晶体的光学性能及应用价值显得尤为重要。利

5、用外磁场诱导超顺磁性胶态纳米粒子进行自组装来制备光子晶体的技术逐渐发展起来。相比于传统的胶体光子晶体制备技术，这种磁诱导自组装技术具有诸多优势。首先，该技术可以瞬间完成光子晶体结构的构建，实现衍射色从无到有的变化。其次，对光子结构和其衍射色的调控只需要简单地改变磁场强度和方向就可以轻易实现。此外，将刺激响应性聚合物引入光子晶体结构中，可以构建出具有光子晶体结构的新型刺激响应性功能材料。该材料可以将环境变化的信息转化为易检测的光学信号的变化。因此必定会对智能传感材料、仿生材料等的科学研究和工业应用起到重要的推动作用。本文旨在探索

6、碳包覆四氧化三铁胶态纳米粒子的磁诱导自组装机理并进一步探索其在智能响应材料方面的应用。并结合多种测试方法系统分析其微观结构、化学成分、光学性能等。主要内容归纳如下：通过溶剂热法合成单分散的碳包覆的超顺磁性四氧化三铁胶体纳米晶体晶簇。这种胶态纳米粒子具有核壳结构，内部由超顺磁性的四氧化三铁晶簇堆积形成，同时粒子表面的碳壳所带的负电荷使其在溶液中具有良好的分散性。在外磁场诱导的作用之下，该纳米粒子在溶液体系中可以沿外磁场方向自组装成长度为几微米的有序一维光子晶体纳米链结构，并表现出强烈的衍射色。这种现象是由外磁场作用下产生的磁包装

7、力和纳米粒子表面的负电荷提供的静电排斥力共同作用的结果。此外，该纳米粒子具有良好的稳定性，其乙二醇分散液保存三个月后仍然具有很好的磁组装性能。利用磁诱导自组装技术和聚合物的自由基聚合反应，将一维链状光子晶体结I吉林大学硕士学位论文构固定在聚（N-异丙基丙烯酰胺-丙烯酞胺）乙二醇凝胶基体中制备了一种高度稳定的，肉眼可视的自显示的压力、湿度、离子响应性光子晶体凝胶薄膜。整个制备过程操作简单，耗时短且光子晶体凝胶膜的颜色形状可任意订制。该光子晶体凝胶膜在外界压力变化时发生明显的颜色变化，具有超快速的压力响应能力，衍射波长的变化范围达

8、到260nm，具备较高的灵敏度，实现一些图像的显示。在相对湿度在11%到97%之间变化时，该光子晶体膜颜色可在青色到橙红色之间转换，衍射波长的变化区间达到190nm。在离子浓度在1500mM-2850mM范围内发生肉眼可辨的颜色变化，同时伴随130nm的衍射谱峰的变化。另外，