基于聚二乙炔功能材料的設計、制備及其應用研究.pdf

1、近年來,隨著高新技術(shù)的發(fā)展,傳感器技術(shù)已深入應用到國家戰(zhàn)略規(guī)劃、國民生產(chǎn)、生活的方方面面。航天航空需要衛(wèi)星、雷達等信號的傳輸和處理;工業(yè)生產(chǎn)需要對生產(chǎn)過程進行實時跟蹤和分析;日常生活中簡單的溫度計的使用等等,都是傳感器技術(shù)的應用。毫無疑問,傳感技術(shù)已成為現(xiàn)代社會不可或缺的一個極為重要的部分。
　　聚二乙炔是一類典型的傳感材料。它由二乙炔單體通過紫外誘導聚合而成,一般呈藍色。當藍色的聚二乙炔受到外界環(huán)境的刺激(如熱、有機溶劑、無機金

2、屬離子等)時會變成紅色。特別的是,近來有研究者發(fā)現(xiàn),電流刺激也會使藍色的聚二乙炔發(fā)生顏色變化。藍色的聚二乙炔是沒有熒光的,而紅色的聚二乙炔是有明顯的熒光發(fā)射的。因此,聚二乙炔已經(jīng)被廣泛得開發(fā)用于比色及熒光傳感器。
　　關(guān)于石墨烯的研究已經(jīng)深入到物理、生物、化學等學科的諸多領域和方向。石墨烯非常重要的一個性質(zhì)就是導電性好。因此,很多科學家利用這個性質(zhì)用它替換一些導電材料加以研究,相關(guān)成果也是非常豐碩的。
　　熒光微球是一類形態(tài)

3、穩(wěn)定,發(fā)光效率高的功能性微球,可用于臨床診斷、藥物載體及生物芯片技術(shù)等方面。開發(fā)研究更多的熒光微球?qū)茖W研究及國民健康等方面都有重要意義。
　　鑒于此,本課題選用聚二乙炔作為基本研究材料。聚二乙炔對電流具有良好的響應性,當臨界電流通過時,藍色的聚二乙炔會變成紅色。利用這個性質(zhì),我們將聚二乙炔與石墨烯結(jié)合,開發(fā)用作電流傳感器。此外,紅色的聚二乙炔是具有熒光性的,我們設計了可行的路線,將其負載到一些基質(zhì)微球上制備熒光微球。最后,藍色的

4、聚二乙炔在一些特定的無機金屬離子進行相互作用而發(fā)生變紅現(xiàn)象,基于這個性質(zhì),我們設計制備了基于聚二乙炔的鈣離子響應的傳感材料。
　　1)制備基于聚二乙炔的電致變色復合材料
　　我們制備了聚二乙炔-聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯復合材料,以期制備一種像pH試紙一樣的電流傳感器。實驗表明,臨界響應性電流跟復合材料中的石墨烯質(zhì)量之間存在一個良好的線性關(guān)系。在這些復合材料中,聚二乙炔是變色材料,而石墨烯用作導電基質(zhì)。聚甲基丙烯酸甲酯不但提高

5、了復合材料的機械穩(wěn)定性,而且使得電流誘導的變色現(xiàn)象更加明顯。
　　2)制備基于聚二乙炔的熒光微球
　　我們通過將自組裝的聚二乙炔囊泡負載到氨基修飾的聚甲基丙烯酸甘油單酯微球上,制備了一組熒光微球。掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡及流式細胞儀等表征結(jié)果顯示該熒光微球尺寸(約為5μm)和熒光分布都很均一(變異系數(shù)<3％)。此外這些微球表面平均分布有尺寸約為26 nm的孔徑,微球的BET比表面積約為114 m2/g。該熒光微球還具有良好

6、的熱穩(wěn)定性、耐光漂白性及耐水洗性能。由于聚二乙炔囊泡有很多羧基,這使得熒光素修飾的牛血清蛋白很容易負載到微球上。這些優(yōu)異的性能使得該類熒光微球可以直接用于免疫診斷等生物領域。
　　3)制備基于聚二乙炔的鈣離子響應性微球
　　在2)中,我們制備了表面負載有羧基和胺基官能團的藍色中間態(tài)微球。這種微球可以與鈣離子進行作用。隨著鈣離子濃度的升高,藍色的微球逐漸變紅。紫外和熒光照片也給出相應的結(jié)果。這使得我們制備的微球有望用于生物及污