返回顶部
返回首页
返回首页
浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程,中国化工网,okmart.com
home 您现在的位置: 首页 >化工原料>技术中心 > 详细信息
浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程
2021年11月09日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

将多孔结构引入聚电解质膜中对于检测、催化、分离、脱盐和药物输送等应用极具吸引力。基于带相反电荷物质在基材上的循环沉积的逐层(LbL)组装已成为构建具有可调厚度和成分的聚电解质薄膜的通用工具。利用聚电解质链之间的静电相互作用对外部刺激(如pH、离子强度和温度)的敏感性,LbL基聚电解质膜的内部结构可以很容易地调整以产生各种多孔结构中国化工网okmart.com。多孔结构的制备也可通过在碱性溶液中重组聚电解质膜来实现。此外,模板技术也是一种有效的策略,其中模板聚合物或纳米粒子事先组装成LbL薄膜再去除。尽管目前已经开发了许多方法来在聚电解质膜中创建多孔结构,但要方便地定义这些结构的空间分布仍然是一个挑战。

鉴于此,浙江理工大学陈夏超教授、嘉兴学院吕春欣副教授和中科院理化所周亚红博士共同报道了一种简单、通用和高灵活性的策略,可在聚电解质薄膜中编程多孔区域。该策略是借助激光扫描实现的,在激光束运动路径之后出现精确的多孔区。与以往的策略截然不同的是,薄膜的成孔机理依赖于激光引发的气体发泡,这可以由光敏基团的含量、激光束的强度和聚电解质链之间的超分子相互作用来调节。成功发泡聚电解质膜的先决条件是在水下照射它们,聚电解质的流动性被激活以适应膜内的孔隙形成。虽然许多成孔机制涉及水体系,但在干燥过程中孔隙结构可以很好地保存,而传统方法由于毛细管压力的形成很难实现。由此产生的多孔性聚电解质薄膜在许多领域都非常有用,包括但不限于信息显示、表面润湿性和细胞行为操纵。相关工作以“Laser-Directed Foaming of Hydroplastic Polyelectrolyte Films toward Tunable Structures and Programmable Routes”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。


薄膜的制备和表征

聚电解质膜由支化聚乙烯亚胺(PEI)和带有叠氮基的聚(丙烯酸)的衍生物(PAA-N3)组装而成。其中PAA-N3有三种不同的接枝率,分别为2.8%、5.4%和8.2%(图1)。PEI/PAA-N3膜被记为(PEI/PAA-rN3)n,其中n对应于双层的数量并且r接枝对应于PAA-N3的接枝率。PEI/PAA和PEI/PAA-N3薄膜在最初的10层中表现出非线性生长模式,然后是快速线性生长。接枝率为5.4%的PAA-N3,通过将10个双层PEI/PAA-5.4N3组装到基板上,可以构建厚度为3.15 µm的均匀薄膜。此外,由于苯基叠氮基团对紫外光具有敏感性,一旦暴露于UV光,苯基叠氮基被离解成一个苯基氮宾自由基和释放氮,这也通过监测激光照射前后薄膜(PEI/PAA-5.4N3)7内氮元素的变化得到证实(图2)。(PEI/PAA-2.8N3)10、(PEI/PAA-5.4N3)10和(PEI/PAA-8.2N3)10薄膜的截面结构在激光照射后存在一系列圆形和大小不均匀的细胞状结构(图3)。

浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程 中国化工网,okmart.com

图1薄膜的制备和表征

浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程 中国化工网,okmart.com

图2膜的结构表征

浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程 中国化工网,okmart.com

图3膜的截面结构表征

薄膜的内部结构调节和发泡条件

泡沫PEI/PAA-N3薄膜的内部结构也可以通过调节施加在样品上的激光照射强度来调节(图4)。暴露于150 mW激光的(PEI/PAA-5.4N3)10薄膜的膨胀比(ER)值为1.11,平均孔径为237.3 nm。将激光强度增加到300和450 mW,ER值为1.21和1.58,孔径为302.9和459.1 nm。ER值和孔径随着激光强度的增加而增加的趋势可以归因于更多的苯基叠氮基团的光解和随后更多的氮的释放。此外,PEI/PAA-N3薄膜成功发泡的先决条件是在水下照射。(PEI/PAA-5.4N3)10薄膜在空气中测量为3.15±0.06 µm,在水下增加到4.29±0.06 µm,表明薄膜溶胀并掺入了水分子。薄膜的刚度在水下急剧下降,从970.98±120.45到2.11±0.79 MPa,接近三个数量级(图5)。

浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程 中国化工网,okmart.com

图4薄膜的内部结构调节

浙理工陈夏超/理化所周亚红/嘉兴学院吕春欣AFM:聚电解质薄膜激光定向发泡的结构调节和路线编程 中国化工网,okmart.com

图5薄膜的发泡条件

薄膜上多孔区域的创建和图案化

自制激光装置(λ=405 nm)以线扫描模式照射预先浸入水中的PEI/PAA-N3薄膜。只要移动激光束的光斑,就可以对多孔区域的出现进行空间编程,这可以通过软件进行预设(图6)。将五角形多孔区域编程到(PEI/PAA-5.4N3)10上的延时图片。在将激光照射到(PEI/PAA-N3)10薄膜后,可以立即清楚地观察多孔区域的外观。移动激光束的光点可以对薄膜上任意形状和大小的各种图案进行编程。为了进一步证明这种激光导向策略的高度灵活性,在(PEI/PAA-N3)10薄膜上创建了USPS Postnet条形码。有图案的薄膜是在黑色背景下观察到的,浅色区域是暴露在激光照射下的多孔区域,而深色区域对应于未曝光区域。条形码清晰可见,可以通过智能手机应用程序 (CortexScan) 成功解码。


小结:作者通过阳离子PEI和阴离子PAA-N交替组装成泡沫聚电解质膜。成孔机制依赖于激光触发产生的氮气来使薄膜发泡,这可以通过叠氮基的接枝率、激光束强度和聚电解质链之间的超分子相互作用来调节。聚电解质薄膜成功发泡的先决条件是在水下照射它们,在水中聚电解质的流动性被激活以适应薄膜内的孔形成。与传统方法相比,该方法通过设置激光束的扫描路径,在多电解质膜上的多孔区域编程方面具有很高的灵活性。这种多孔性聚电解质薄膜在许多领域都非常有用,包括但不限于信息显示、表面润湿性和细胞行为操纵。


标签:化工应用化工原料技术中心塑料
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国化工网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
中国化工网手机站MOBILE
扫描二维码,获取手机版最新资讯 公众号:中国化工网 您还可以直接微信扫描打开
全站地图

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识