核壳结构纳米材料的组装.ppt

第四讲核壳结构纳米材料的组装4.1.1研究意义
4.1.2国内外研究现状4.1.1研究意义纳米核-壳结构复合材料的性能德国的FrankCaruso小组
美国EgonMatijevic，YouNanXia小组，
以色列的A.Gedanken小组，
西班牙的LuisM.liz-Marzan小组等，
国内的吉林大学、南京大学、复旦大学、
北京化学所、长春应化所等单位2.核-壳结构材料的分类:
按包覆类型4.2核壳结构纳米材料的组装方法单体吸附聚合法通常以具有较高催化活性的核作为包
覆粒子,例如α-Fe2O3、CeO2、CuO、SiO2。单体与
被包覆颗粒之间有较强的相互作用,可以直接吸附到无机
颗粒表面,然后再引发单体聚合完成包覆。利用单体聚合
包覆颗粒的关键是聚合反应必须发生在颗粒表面。
Mandal等采用活性自由基聚合反应的方法,在硅粒表面形
成苯甲基异丁烯酸的高分子聚合物,然后将硅核腐蚀去除
,得到中空的高分子微粒。实验显示,包覆层的厚度可通过
改变核与有机物接触反应的时间来调节,此方法简便、易
行、且适用面较广。乳液聚合法
利用低分子量表面活性剂具有在颗粒表面形
成双层胶束的能力,可把单体包容在胶束中引发
聚合。
这种方法可以在有机或无机粒子表面形成很
薄的高分子包覆层(2～10nm),尤其对于表面形状
不规则的粒子,它能沿着粒子表面的轮廓保持一
定的厚度进行薄层包覆。TEMimagesofSiO2-PMMACSNs(A)andSiO2-PSCSNs(B).K.Zhangetal./ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects277(2006)145–1504.2.2生物大分子包覆

生物大分子作为特殊的功能材料应用于包覆
的主要目的是使普通的粒子具有某些蛋白质或生
物体的特殊基因和反应功能,可以广泛应用于临
床分析、免疫检验以及各项生物特性的研究。使生物大分子固定于固体颗粒表面的技术有多种,如
价键吸附、价键吸附、溶胶-凝胶捕获、静电自组装等等
,其中最常用的是价健吸附方法。它可实现各类蛋白质和
抗体对固体颗粒(如聚苯乙烯、聚苯胺)的包覆,但是包覆
层往往不够牢固,容易从表面脱落,还可能伴随有失活的
现象,尤其对于较小的生物粒子,很难形成稳定的包覆层
。溶胶-凝胶法可以实现一般包覆方法难以实现的各种复
杂形态的包覆,尤其对于一些复杂的生物体系,可以在不
破坏其结构和功能的前提下通过溶胶-凝胶液的渗透进行
包覆。4.2.3表面沉积与表面化学反应法刘威等在采用溶胶-凝胶结合氢气还原法制备的Fe/
SiO2核/壳纳米颗粒的基础上,通过乙炔裂解沉积的方法
制备了核/壳结构的碳包裹Fe/SiO2颗粒,如图所示。通过
表面沉积反应,铁纳米颗粒被均匀地包裹在二氧化硅和碳
壳层中,热稳定性得到进一步改善。
4.2.4无机胶体颗粒在核颗粒表面的可控沉积PS胶粒表面包覆CdTe
Ref.IgorL.Radtchenko,GlebB.Sukhorukov,Adv.Mater.2001,13(22),16844.2.5超声化学法SiO2/Ag
Ref.V.G.Pol,A.Gedankenetal,Langmuir2002,18,3352-33574.2.6纳米粒子的自组装法Homola等用预制的硅纳米粒子包覆γ-Fe2O3,两
种颗粒在一定条件下混合后使它们带有相反的电荷,相互
吸引,最终得到的磁性粒子具有良好的分散性和抗凝聚性
,纳米硅层起到了保护层的作用。Caruso等以可分解的球
形聚合物为模板,先用高分子电解质进行修饰,使表层光
滑并带上静电,然后使纳米级的金粒与二氧化硅粒子附
着于上面,再通过多次离心分离、洗涤,去除未被吸附的
粒子。此步骤反复操作,能实现多层均匀致密的金与二氧
化硅纳米粒子包覆,模板溶解后得到的材料具有特殊的光
学性质。另外,气相沉积法、化学镀也经常应用于制备核/壳型
材料。如,Z.Jiang等用化学气相沉积方法制备了包裹
SiOx的FeCoNi纳米线,其有着优良的软磁性能和很好的
热稳定性,可以用于高密度磁记录纳米器件。陈小华等用
化学镀的方法在碳纳米管表面包覆Ag涂层。由于碳纳米
管反应活性低,为了得到均匀光滑的镀层,在化学镀银前
需要进行足够的表面氧化、敏化和活化处理,并且使反应
在尽可能低的速率下进行。4.3核壳结构纳米材料的形成机理
在用SiO2包覆TiO2的研究中发现,二者是通过形成
Ti2O2Si键结合在一起的。这是由于SiO2、TiO2这类无
机氧化物纳米颗粒在水中可与水分子发生水合作用,产生
羟基,如硅溶胶颗粒表面的硅醇基,这些基团容易与其它
无机颗粒表面的羟基或高分子链上所带的一些官能团(如
-COOH、-OH等)发生化学作用,使二者形成化学键。通
过在反