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胶体晶体模板法制备有序多孔镁铝水滑石任秀梅;周爱军;孙贺雷;夏瑞【摘要】The colloidal crystal templates were prepared by using monodisperesed melamine formaldhyde microspheres with particle sizes about 1 μm,and the Mg-Al hydrotalcite-like compounds with 2:1 mole ratio of Mg and Al were successfully synthesized by a supersaturated precipitation method. Then the magnesium aluminum hydrotalcite serous was filled into the colloidal crystal templates with the effection of capillary,and the colloidal crystal templates were removed by calcification after the solidification process. The morphology and structure of orderly porous magnesium aluminum hydrotalcite were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy,X-ray diffractionanalysis,thermogravimetric analysis,differential scanning calorimeter and scanning electron microscopy. The results showed that the orderly porous magnesium aluminum hydrotalcite with more uniform aperture size was obtained when the volume fraction of magnesium aluminum hydrotalcite serous was 5％.%以粒径约1μm的单分散三聚氰胺-甲醛微球制备得到胶体晶体模板,采用低过饱和沉淀法制备的镁铝摩尔比为2:1的镁铝水滑石,将合成的水滑石悬浊液通过毛细效应的作用填充至胶体晶体模板间,待固化后经过煅烧去除胶体晶体模板,制备有序多孔镁铝水滑石.通过傅里叶红外光谱、X射线衍射分析、热重分析、差示扫描热分析、扫描电子显微镜对有序多孔镁铝水滑石的结构及形貌进行表征.结果表明,当加入体积分数为5％镁铝水滑石悬浊液时,去除模板后可得到孔径大小较为均一且排列有序的多孔镁铝水滑石.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】5页(P52-56)【关键词】有序多孔材料;镁铝水滑石;胶体晶体;模板法;三聚氰胺-甲醛微球【作者】任秀梅;周爱军;孙贺雷;夏瑞【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TB303近年来，有序多孔材料因其特定的孔道结构，如孔道分布较均匀且结构有序等特征而备受关注，有序多孔材料可应用于分离［1-2］、吸附［3-4］、催化材料［5］、阻隔材料等多个领域［6-8］。
第21卷 第5期大学化学2006年10月胶体晶体李澄 齐利民(北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 简要综述胶体晶体的研究进展情况,主要介绍胶体粒子的简单自组装、模板引导下的自组装和二元胶体晶体组装等几类主要的胶体晶体制备技术,并概述胶体晶体在光子晶体、传感器、光子纸张、三维有序大孔材料、二维纳米结构阵列等方面的应用。
胶体一般是指分散相颗粒的特征尺度大约介于1n m～1μm之间的分散体系,例如溶胶便是一种典型的固/液分散体系,即由固态的胶体粒子(或胶粒)均匀分散于连续的液态介质而形成的胶体分散体系。
所谓单分散胶体粒子则意味着体系中所有胶粒具有高度均一的大小、形状、化学组成、内部结构及表面性质。
由一种或多种单分散胶体粒子组装并规整排列而成的二维或三维有序结构统称为胶体晶体(coll oidal crystals)。
胶体晶体与普通晶体在结构上十分相似,只是胶体晶体中占据每个晶格点的是具有较大尺度的胶粒,而不是普通晶体中的分子、原子或离子。
人们很早就发现,自然界中的一种天然多彩宝石———蛋白石(opal)就是由单分散二氧化硅球形颗粒(直径150～400n m)密堆积而成的胶体晶体[1]。
由于二氧化硅颗粒本身没有颜色,这里的颜色产生于重复周期与可见光波长可相比拟的胶体晶体对可见光的布拉格衍射,也称为结构颜色。
最近,人们又发现澳大利亚一种甲虫的背部介壳所具有的金属光泽来源于它内部的类蛋白石结构,即该介壳是由透明的单分散球形颗粒(直径250nm)严格六方密堆积而成的胶体晶体[2]。
自然界中蛋白石结构的存在引起了人们对胶体晶体的关注,而近20年来有关光子晶体的研究则大大激发了人们对于胶体晶体的研究兴趣,因为胶体晶体构成了潜在的光子晶体和制备光子晶体的模板[3]。
目前,人们已经能够在实验室中合成多种多样的胶体晶体(也称作合成蛋白石),其中使用最多的单分散胶体粒子为球形的二氧化硅胶体颗粒和聚合物乳胶颗粒,图1给出了典型的二氧化硅胶体晶体[4]和聚苯乙烯(PS)胶体晶体[5]的扫描电镜(SE M)照片。
胶体晶体模板法制备多孔硅胶
胶体晶体模板法是一种制备多孔硅胶的有效方法。
这种方法主要是利用胶体晶体作为模板，通过化学腐蚀或电化学腐蚀的方式将硅胶中的胶体粒子去除，从而得到多孔硅胶。
以下是胶体晶体模板法制备多孔硅胶的一般步骤：
1.制备胶体晶体模板：选择合适的硅酸盐、氢氧化物、氧化物等作
为原料，采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、电化学沉积法等方法制备出具有三维有序孔结构的胶体晶体模板。
2.制备硅胶溶液：将硅源（如硅酸盐、硅烷等）与交联剂、催化剂
等添加剂混合，制备出硅胶溶液。
3.硅胶渗透与胶体晶体模板的组装：将硅胶溶液渗透到胶体晶体模
板中，使硅胶充分填充到模板的孔隙中。
4.热处理与模板的去除：在一定温度下对组装好的硅胶/胶体晶体模
板进行热处理，使硅胶交联固化，同时使胶体粒子在模板中发生溶解或腐蚀，最终得到多孔硅胶。
5.后处理：对多孔硅胶进行洗涤、干燥等后处理，以提高其性能和
稳定性。
通过以上步骤，可以制备出具有三维有序孔结构的、具有优异性能的多孔硅胶。
华东理工大学学报(自然科学版)Journal of East China University of Science and Technology (Natural Science Edition )Vol.33No.32007206收稿日期:2006206230作者简介:戴 晔(19782),男,江苏泰兴人,博士生,研究方向:胶体晶体在化学传感器中的应用。
通讯联系人:包 华,E 2mail :baohua @ 文章编号:100623080(2007)0320350204葡萄糖敏感型聚合物胶体晶体水凝胶的研究戴 晔1, 包 华1, 林嘉平1, Step hen H Foulger 2(1.华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237;2.School of Materials Science and Engineering ,Center for Optical Materials Science andEngineering Technologies ,Clemso n University ,Clemson ,SC 29634,U SA ) 摘要:在聚丙烯酰胺水凝胶链段上引入葡萄糖分子,同时在水凝胶内嵌入聚苯乙烯胶体晶体,制备了葡萄糖敏感型聚丙烯酰胺胶体晶体膜。
伴刀豆球蛋白可与葡萄糖分子偶合而在聚合物链段间形成交联,水凝胶体积收缩,胶体晶体带隙蓝移约30nm 。
相对于固定在聚丙烯酰胺链上的葡萄糖分子,伴刀豆球蛋白与游离葡萄糖分子的偶合常数更大,游离葡萄糖可打断已形成于聚合物链上的葡萄糖与伴刀豆球蛋白间的交联,胶体晶体带隙红移。
研究表明:该胶体晶体水凝胶可检测最低葡萄糖浓度为5mmol/L ,且离子强度(50mmol/L NaCl 溶液)对葡萄糖浓度分析时带隙位移没有影响。
关键词:胶体晶体;带隙;葡萄糖;伴刀豆球蛋白;水凝胶中图分类号:O631文献标识码:ASynthesis of Polymerized Crystalline Colloidal Array H ydrogel Film with G lucose Stimulated Stop B and ShiftDA I Ye 1, B A O H ua 1, L I N J i a 2pi n g 1, S tep hen H Foul ger2(1.Key L aboratory f or Ult raf i ne M ateri als of M i nist ry of Ed ucation ,S chool of M ateri als S cience and Engi neeri ng ,East Chi na U ni versit y of S cience an d Technolog y ,S han g hai 200237,Chi na;2.S chool of M ateri als S cience an d Engi neeri ng ,Center f or O ptical M ateri als S cience andEngi neeri n g Technologies ,Clemson U ni versit y ,Clemson ,S C 29634,US A )Abstract :The polymerized crystalline colloidal array (PCCA )hydrogel film was made by introducing glucose and polystyrene crystalline colloidal array (CCA )into polyacrylamide hydrogel.The hydrogel filmshrinks arising from t he association between gluco se and concanavalin A (Con.A )result s in t he stop band of PCCA blue shift s correspondingly about 30nm.Because of higher association constant between Con.A and f ree gluco se compared to glucose on polyacrylamide chain ,free glucose can break t he crosslinkage between Con.A and glucose in t he polymer mat rix ,and t he stop band of PCCA will red shift.The result s show t hat ,t he minimum co ncent ration of gluco se which can be detected is 5mmol/L and t he ionic strengt h (50mmol/L NaCl solution )has no influence on t he stop band shift of PCCA.K ey w ords :crystalline colloidal array (CCA );stop band ;glucose ;concanavalin A ;hydrogel 自从Yablonovitch 等提出光子晶体的概念以来[1],光子晶体引起了广泛关注。
组装胶体晶体用单分散二氧化硅颗粒的制备胶体晶体是一种能够展示多种光学和电学性质的材料。
其基本结构由胶体颗粒有序排列构成。
为了制备高质量的胶体晶体，需要使用单分散颗粒。
二氧化硅颗粒是最常用的胶体颗粒之一，具有良好的单分散性和稳定性。
因此，本文将介绍二氧化硅颗粒的制备方法以及其在胶体晶体中的应用。
1. 溶胶-凝胶法这种方法是最为常用的制备单分散二氧化硅颗粒的方法之一。
过程包括以下步骤：(1) 溶液的制备：在较弱的碱性条件下，将硅酸酯、乙醇和水混合并搅拌，得到一个均匀的溶液。
(2) 凝胶的形成：加入小量的水，形成凝胶。
水的加入速度要缓慢，以避免形成大颗粒。
(3) 水洗：将膠体用水进行洗涤，以去除残留物质，并同时去除粒径不均的颗粒。
(4) 干燥：使用真空干燥器将洗涤后的凝胶干燥。
这将导致颗粒与离子肌球纤维结合，从而高质量地制备单分散颗粒。
2. 微乳液法这种方法与溶胶-凝胶法相似，但使用的是微乳液。
实质上，这种方法使用了一种水-油-水的微乳液，在此液相中，硅酸酯很容易被加入。
发生凝胶化反应后，便可以获得单分散颗粒。
3. 真空旋转蒸发法这种方法是一种较为独特的制备单分散颗粒的方法，由于其复杂性和成本较高，因此用得比较少。
(1) 溶液的制备：将硅酸酯、有机溶剂以及表面活性剂混合均匀，形成一个具有胶体特性的溶液。
(2) 湿润剂的添加：将无水硅酸引入过滤管中，然后在将湿润剂添加到过滤器中。
(3) 真空旋转蒸发：将样品放入旋转淋浴器，通过增加负压来加速水分的蒸发，从而形成固体。
4. 喷雾干燥法将单分散二氧化硅颗粒应用于制备胶体晶体可以产生稳定且均匀的结构。
其特性取决于颗粒的大小、形状和对称性。
在胶体晶体中，颗粒排列趋向于发生最密堆积。
通过制备胶体晶体，可以产生具有光学和电学性质的新材料。
胶体的概念分类特征胶体是一种处于两相之间的混合体系，由微粒（也称为胶体颗粒）分散在连续介质（也称为分散介质）中构成。
胶体具有特殊的物理化学性质，其粒径通常在1-1000纳米范围内，介于溶液和悬浮液之间。
在胶体中，微粒的分散状态决定了其独特的特征和行为。
以下将对胶体的概念、分类和特征进行详细阐述。
一、胶体的概念和基本特征：1. 概念：胶体是由微粒分散在连续介质中的混合体系，微粒的大小范围在纳米至微米级别。
胶体中的连续介质可以是气体、液体或固体，而微粒可以是无机物、有机物或生物物质等。
胶体的形成是由于微粒与介质之间的相互作用力和表面特性的影响。
2. 分散相和分散介质：胶体的微粒是分散在连续介质中的，微粒被称为分散相，连续介质被称为分散介质。
分散相的形态可以是固体、液体或气体，而分散介质常见的是液体。
分散相和分散介质之间的作用力决定了胶体颗粒的分散状态和稳定性。
3. 胶体粒子的大小：胶体粒子的大小一般在1-1000纳米的范围内，小于1纳米的粒子称为分子胶体。
胶体粒子的尺寸决定了其表面积和界面活性，也影响着胶体的光学、电学、磁学和力学性质。
4. 胶体的稳定性：胶体稳定性是指胶体颗粒在分散介质中的分散状态的持久性。
稳定的胶体指颗粒保持分散状态，不会迅速沉淀、聚集或凝胶，而不稳定的胶体则容易发生颗粒聚集和沉淀。
胶体的稳定性受到表面电荷、间隙电解质、溶剂性质、温度等因素的影响。
5. 光学性质：胶体颗粒的尺寸与光的波长相近，因此能够发生散射和吸收现象。
这使得胶体呈现出特殊的颜色和光学效应。
例如，胶体溶液呈现出混浊的外观，墨水的黑色和乳液的白色就是胶体溶液的典型例子。
6. 电学性质：胶体中的微粒带有电荷，并且可以在电场的作用下发生迁移。
胶体中的电荷分布和电荷间的相互作用力决定了胶体的稳定性，也使得胶体具有电泳、固体电解质效应等特殊电学性质。
二、胶体的分类：根据分散相的形态和分散介质的性质，胶体可以分为以下几类：1. 溶胶：溶胶是由固体微粒分散在液体分散介质中。
