EuF3 纳米晶/PNIPAm复合水凝胶的制备及荧光温敏性能

以十一烯酸为表面活性剂, 采用液体-固体-溶液法(LSS)制备了EuF3纳米晶; 将其用CCl4处理, 得到表面修饰有C-Cl基团的功能化EuF3纳米晶; 通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备EuF3 /聚N-异丙基丙烯酰胺(EuF3/PNIPAm)复合温敏水凝胶. 采用HRTEM, XRD, FTIR, DSC及PL等对EuF3 纳米晶及EuF3/ PNIPAm 复合凝胶的微观结构与性能进行了表征, 用变温荧光光谱研究了环境温度对复合凝胶荧光性能的影响. 结果表明, EuF3纳米晶呈六方相晶型; 粒径呈多分散分布, 且相对集中于10, 20和50 nm. 该复合凝胶的较低临界溶解温度(LCST)随纳米晶含量的增加而下降, 环境温度与纳米晶含量对复合凝胶的荧光特性产生明显影响.     

MOFs/水凝胶复合材料的制备及其应用研究

金属有机框架(MOFs)具有大量的孔隙结构和活性位点,在气体吸附、催化、医疗等领域均发挥了巨大的作用。MOFs是晶体粉末,具有脆性较大、在水中易分解和不易回收等缺点,从而限制了其应用。通过MOFs与柔性高分子的复合,特别是与水凝胶的复合,极大地改善了复合材料的柔顺性、可回收和可加工性等特性,进一步拓宽了MOFs的应用领域。本文详细阐述了基于水凝胶MOFs原位生成法、MOFs /水凝胶同时生成法和水凝胶包裹MOFs法等三种不同方法制备MOFs/水凝胶复合材料的研究进展,并对上述三种制备方法的特点及其产物特征进行了总结,进一步归纳了复合材料在生物医药、催化、废水处理和气体吸附等领域的应用。最后,对MOFs/水凝胶复合材料制备方法的改进和复合材料应用前景进行了深入讨论和展望。     

纳米复合水凝胶体系的设计合成与结构功能一体化构筑

纳米复合水凝胶(NC-Gels)因兼具有机相及无机相的优点,且具有独特的结构特征和理化性能,近年来已成为水凝胶领域的研究重点,在智能器件、生物医药、组织工程等领域有着广泛的应用前景.基于有机/无机杂化原理,通过交联点的结构与功能性设计和凝胶网络的可控构筑,获得了一系列力学性能优异并具有多重响应甚至智能化响应的NC-Gels,并提出了以有机微球或功能化杂化微球分别为交联点构建纳米复合水凝胶(OC-Gels)和杂化水凝胶(H-Gels)的新方法,探索了其在生物医学和智能传感领域等的初步应用.     

三维生物高分子/氧化石墨烯复合凝胶对阳离子染料吸附的研究

采用一种简便的方法制备了生物高分子调控的氧化石墨烯凝胶用于水污染处理.将生物高分子白蛋白(BSA)、壳聚糖(CS)、及脱氧核糖核酸(DNA)与氧化石墨烯(GO)共混,自组装形成水凝胶,最后冻干得到生物高分子/氧化石墨烯复合凝胶.通过扫描电镜、原子力显微镜、纳米粒度分析仪等分析复合凝胶的组装结构与表面电位.结果表明凝胶呈现内部联通的三维多孔结构,该结构有利于被吸附分子的快速内部扩散.红外光谱证明了生物高分子被成功负载到了凝胶网络中.然后将该复合凝胶用于阳离子染料的吸附,吸附实验表明这类生物高分子/氧化石墨烯复合凝胶对阳离子染料有很好的吸附效果,同时也对阴离子和非离子毒性分子有一定的吸附能力.研究了吸附时间,初始浓度,pH值等对凝胶吸附量的影响,并考察了凝胶的解吸附.最后详细探讨了GO-BSA、GO-CS和GO-DNA凝胶对亚甲基蓝(MB)吸附的动力学和吸附等温式.经吸附动力学拟合,生物高分子/氧化石墨烯复合凝胶吸附MB复合二级动力学模型和Langmuir等温吸附,对MB分子是单分子层吸附,吸附初期为大孔隙扩散,后期为粒子内扩散.     

上转换荧光响应性复合纳米凝胶的制备及荧光能量传递行为

采用水热法合成NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺稀土纳米晶, 再经3-苄基三硫代碳酸酯基丙酸(BSPA)修饰, 制得功能化纳米晶体; 以罗丹明6G(R6G)为母体荧光染料, 经一系列反应合成了乙烯基功能化单体罗丹明6G酰基邻羧基苯甲肼腙(R6GHA); 将功能化纳米晶体与R6GHA构成荧光共振能量传递(FRET)的“给体/受体”对, 通过可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和“点击化学”反应, 合成具有多重响应性复合荧光纳米凝胶NaYF₄∶Yb³⁺,Er³⁺/PNIPAm-co-R6GHA. 采用TEM, XRD, FTIR和DSC对产物的微观结构进行了表征; 采用上转换荧光光谱(PL)研究了该复合纳米凝胶对pH值、 环境温度和不同金属离子的荧光响应行为, 并对相关机理进行了探讨. 结果表明, 环境温度变化对复合纳米凝胶的荧光发射具有显著影响, 且该复合纳米凝胶对Hg²⁺具有选择性荧光响应; 在H⁺或Hg²⁺作用下, 复合纳米凝胶中纳米晶和R6GHA之间会发生荧光共振能量传递; 通过纳米凝胶中纳米晶与R6GHA特征荧光发射峰比率的变化, 实现对Hg²⁺的检测.     

烷氧磺酸盐功能化的聚乙撑二氧噻吩水凝胶

通过氧化偶联聚合方法成功地制备出一种基于烷氧磺酸盐功能化的聚乙撑二氧噻吩水凝胶, 揭示了零维单体胶束向二维纳米片层及三维水凝胶的转变过程, 发现通过改变反应温度或初始单体浓度, 可以诱导水凝胶网络结构单元的维度变化, 即由零维纳米粒子向二维纳米片层进行转化. 提出了一种导电高分子水凝胶的合成方法, 即采用一种氧化剂与一种多价金属盐的混合物作为引发剂, 其中前者用于诱导单体聚合, 后者则充当离子交联试剂, 并发现可以通过引入不同金属离子来改变凝胶的形貌. 此外, 导电高分子水凝胶具有良好的电化学电容, 并具有选择性吸附与可控脱附某些染料分子的特性.     

金纳米棒基智能复合纳米水凝胶的研究进展

金纳米棒(AuNRs)基智能复合纳米水凝胶是一类结合了AuNRs和智能纳米水凝胶两者独特性能的智能纳米材料,其最大特点是可通过外界刺激来调节AuNRs的多种性能,或通过测定其性能变化来感知外界刺激。本文首先介绍了目前文献报道的核壳结构型、无规充填型、草莓型三种形态结构的AuNRs基智能复合纳米水凝胶的特点及其合成方法。然后,总结了金纳米棒基智能复合纳米水凝胶的性能与应用研究进展。最后,对其未来的研究方向和发展前景作出了展望。     

纳米复合水凝胶的研究进展

传统水凝胶存在机械性能差、响应速度慢等缺点,限制了它作为新材料的应用前景。纳米材料具有独特的微观尺度结构和性质,在电子学、光学、机械学、生物学等领域展现出巨大的潜力。将无机纳米材料添加入水凝胶中不但有可能提高水凝胶的机械强度,同时还能赋予凝胶特殊的新性能,如电响应性能、紫外吸收性能、磁敏感性能等。因而纳米复合水凝胶成为近期的研究热点。本文综述了纳米复合水凝胶的增强理论、典型制备方法及其功能化研究进展。     

回流沉淀聚合:单分散聚合物纳米水凝胶微球制备新技术

针对高效制备单分散聚合物纳米水凝胶微球手段欠缺问题,我们发展了一种新型的纳米水凝胶微球制备新技术——回流沉淀聚合技术,与以往的沉淀聚合及蒸馏沉淀聚合相比,该方法效率更高、普适性更强、操作更简单,适合高效制备单分散的纳米水凝胶微球及其复合微球.通过考察制备聚甲基丙烯酸微球过程中的反应时间、固含量、交联剂含量、混合溶剂比例等影响因素,成功制备了形态可控、尺寸均一、水中分散性良好的聚甲基丙烯酸纳米水凝胶微球,并给出了微球形态控制的基本规律.通过该技术制备的纳米水凝胶微球及其复合微球将被广泛用于生物医用材料中.     

自生纳米纤维增强SiO_2气凝胶的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法和乙醇超临界干燥工艺制备ZrOX/SiO2复合气凝胶,再经1 200℃高温热处理得到自生纳米纤维增强SiO2复合气凝胶。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、热重和氮气吸附等手段对气凝胶的结构和性能进行了分析,并且测试了样品的压缩强度及真密度。实验结果表明:自生纳米纤维增强SiO2复合气凝胶具有均匀的多孔网络结构,锆氧纳米纤维是以化学键连接复合的方式无序穿插在气凝胶中,对复合气凝胶的机械强度和隔热性能有明显的改善。经1 200℃热处理后的ZrOX/SiO2复合气凝胶比表面积为827.22 m2·g-1,压缩强度为9.68 MPa,真密度为0.23 g·cm-3。     

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。     

纳米TiO2/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的合成及其表征

通过利用偶联剂和超声分散将TiO₂表面功能化, 在其表面引入烯键, 与聚N-异丙基丙烯酰胺在交联剂存在下共聚, 制备了不同纳米TiO₂含量的聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶．采用红外光谱、扫描电镜、紫外光谱、热重分析、动态粘弹谱仪等表征了复合水凝胶的微观结构和形貌, 测试了复合凝胶材料对紫外线的吸收、热稳定性、机械强度及其韧性. 结果表明: 纳米TiO₂粒子的引入, 使得复合凝胶材料对紫外线吸收效果显著, 凝胶的稳定性、机械强度及韧性得到明显改善.     

纤维素基智能凝胶的制备、结构及性能研究

纤维素是自然界中最丰富的生物质资源,因其具有可再生性、生物相容性、无毒、可降解等诸多特性,纤维素及其衍生物不仅广泛应用于传统的工业领域,而且在药物控释、组织工程、可穿戴设备材料等领域也有着广阔的应用前景。受到工程技术应用需求的驱动,以纤维素及其衍生物为基材的智能凝胶材料已成为目前的研究热点。作者系统研究了纤维素基智能凝胶材料的制备、结构及性能。主要内容如下： 1.制备了纤维素基气凝胶并对其进行疏水改性,研究了疏水改性后的纤维素气凝胶材料在水下吸附气体的能力,并设计了纤维素基智能捕集器,用于连续不断地吸附从海底释放的甲烷气体。 2.制备了TEMPO氧化的纳米纤维素纤维,并将其用于增强聚丙烯酰胺/明胶形状记忆水凝胶的力学性能;制备的复合水凝胶展示了较好的形状记忆行为,并且该水凝胶的形状记忆性能具有较好的可重复性。 3.利用羧甲基纤维素制备了对多种金属阳离子响应的形状记忆水凝胶;能够通过改变羧甲基纤维素与金属离子之间的交联密度,调节该水凝胶的力学性能。 4.将羧甲基纤维素钠与聚丙烯酸（PAA）复合制备出具有较优异机械性能和自修复性能的聚丙烯酸/羧甲基纤维素钠水凝胶。通过简单的浸泡法,将该复合水凝胶浸泡在氯化钠（NaCl）溶液中,可以促进CMC和PAA之间的链缠结,进一步提升其机械性能。此外,由于水凝胶的导离子性,制备的水凝胶具有良好的传导性能,有望实现在电子皮肤或可穿戴设备中的应用。     

Aam/Aac水凝胶对碱性藏花红染料的吸附特性研究

以丙烯酰胺(AAm)、丙烯酸(AAc)合成了单体配比分别为1，2、1／1、2，1的AAm/AAcc水凝胶，采用分光光度计法研究了此水凝胶对水溶性单价阳离子染料碱性藏花红的吸附特性，测定了它们的吸附动力学曲线和吸附等温线：探讨了水凝胶单体组成对该染料吸附性能的影响：并且用静电场理论解释了解吸后水凝胶更优的再吸附特性，研究表明，AAm，AAc水凝胶可作为染料污水处理中一种良好的吸附剂。     

海藻酸钠-锌自修复水凝胶的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

废水处理中迫切需要制备多重刺激响应和具有自修复性能的吸附剂。基于此,本文选择海藻酸钠（ALG）和锌离子（Zn2+）为原料,通过一步法快速（仅2s）制备了超分子水凝胶。所制备的水凝胶显示出多重刺激（pH,金属盐等）响应性和自修复性能,这对吸附有机污染物至关重要。选择亚甲基蓝（MB）为模型染料研究了水凝胶的吸附性能。水凝胶对MB的最大吸附量为5.3 mg/g,对低浓度污染物具有良好的吸附能力（去除率超过80％）。吸附动力学均符合准二级动力学方程,Freundlich模型能很好地拟合等温吸附过程,表明ALG-Zn水凝胶对MB的吸附以多层吸附为主。制备出的ALG-Zn水凝胶适合作为吸附剂应用于废水处理。     

TiO2-SnO2复合凝胶的结构表征及其吸附与光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-SnO2复合凝胶,利用XRD、UV、IR谱对其结构进行了表征,研究了复合凝胶的组成对水、乙醇、丙酮、氨水蒸气平衡吸附量的影响,以苯酚溶液为模拟污染物测定了复合凝胶的光催化降解能力.实验结果表明,组成为n(TiO2)∶SnO2=80%∶20%的复合凝胶具有最强的吸附和光催化活性,对水蒸气、乙醇、丙酮气体的吸附以及对苯酚溶液的光催化降解能力均高于其它组成的复合凝胶.     

纳米纤维素的改性及其吸附重金属离子的应用研究

纳米纤维素材料(cellulose nanomaterials,CNs)作为一种可再生材料,具有比表面积大、高结晶度、高强度、高杨氏模量、高表面活性、化学性质稳定等优异性能。纤维素作为天然高分子材料,在清除水体重金属离子中具有较好的应用的价值,因此本文对纤维素的改性及其吸附重金属的应用进行了综述。首先简要地介绍了纳米纤维素的结构与命名方法;其次,对纳米纤维素的改性(即小分子改性与高分子改性)进行了详细的介绍,并重点阐述了改性纳米纤维素基材以粉末、凝胶(包括水凝胶与气凝胶)两种不同的形态通过吸附清除水体重金属离子的应用研究。最后,对改性纳米纤维素基水吸附材料存在的优缺点进行了探讨,并指出了该材料在生产和应用过程中还需解决的问题。     

单分散CdS纳米晶/PNIPAM复合水凝胶的制备及其温敏荧光特性

采用液体-固体-溶液法(LSS)制备单分散CdS纳米晶;通过自由基聚合制备单分散CdS纳米晶/聚N-异丙基丙烯酰胺(CdS/PNIPAM)复合温敏水凝胶.采用HRTEM、XRD、FTIR、DSC、PL等对CdS纳米晶、CdS/PNIPAM温敏复合凝胶的微观结构与性能进行了表征,变温荧光光谱研究了温度对凝胶荧光性能的影响.结果表明,CdS纳米晶粒径约为2.8 nm,单分散性良好;复合凝胶的荧光发射强度与环境温度存在一定的关联性,且呈可逆性.     

PVA/DTC纳米纤维的制备及对铅离子的吸附行为

通过高压静电纺丝技术制备了聚乙烯醇/聚乙烯亚胺(PVA/PEI)纳米纤维膜, 对纤维膜进行功能化使其转化为对重金属离子具有高络合能力的聚乙烯醇/二硫代氨基甲酸盐功能化聚乙烯亚胺(PVA/DTC)纳米纤维膜. 研究了PVA/PEI纳米纤维膜的交联和功能化以及PVA/DTC纤维膜对铅离子的吸附行为. 结果表明, 高压静电纺丝法可制备出纤维直径分布均匀、 形貌良好的纳米纤维膜, 且交联、 功能化后仍能保持蓬松纳米纤维状的网状结构. PVA/DTC纳米纤维膜对铅离子吸附速率快, 吸附量容量高, 且具有良好的再生吸附能力, 是一种潜在的重金属离子高效吸附材料.     

Fe3O4@SiO2@mTiO2介孔多功能纳米复合颗粒的制备及载药能力

以溶剂热法制备氨基功能化的Fe_3O_4纳米颗粒为磁核,结合溶胶-凝胶法和模板法在其表面先后包覆上致密的SiO_2层和介孔TiO_2层,制备了磁性-发光-微波热转换性-介孔结构为一体的多功能核-壳结构纳米复合颗粒,并对其结构、性能及载药能力进行了研究。XRD分析表明:Fe_3O_4表面包覆上了无定形结构的SiO_2和TiO_2。TEM照片表明:所得的纳米复合颗粒具有明显的核壳结构和完美的球形,构成核的Fe_3O_4颗粒的尺寸在40~50 nm之间,Fe_3O_4@SiO_2@mTiO_2核壳结构纳米复合颗粒的尺寸为60~70 nm,壳层厚度约10 nm,并可观察到壳层中清晰的孔状结构。磁性、荧光光谱和微波热转换特性分析表明:该复合颗粒同时具有良好的发光性、磁性和微波热转换特性。N_2气吸附及药物负载率分析表明,该复合颗粒具有较高的比表面积(640 m~2·g~(-1))和介孔结构(孔径约2.8 nm)并且具有较高的药物负载率。