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毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
近几年来,蜂窝状有序多孔薄膜在化学传感器、光子带隙、组织工程、细胞培养基板、催化、微反应器、分离膜等诸多领域具有重要的应用,因此已经受到了人们的广泛关注。在众多制备蜂窝状有序多孔薄膜的方法中,呼吸图法是一种简单高效的大面积制备有序多孔结构的自组装方法。这种方法由于具有廉价、简便、快速、水滴模板能够自然挥发除去等优点,因而成为受人青睐的自组装方法之一。
水滴模板方法的机理：利用水滴模板方法构筑蜂窝状有序多孔薄膜的过程如下:将聚合物溶于易挥发有机溶剂中，然后浇铸在固体基底上，使溶液在潮湿的空气条件下挥发，待有机溶剂和凝结的水滴先后挥发后就在薄膜上留下了规则的多孔结构。
当将溶液浇铸在固体基底上后，有机溶剂的快速挥发导致溶液表面温度降低。他们通过实验证实溶液表面的温度可以降低25℃左右，即能从室温降低到0℃ 附近，空气中的水蒸气遇冷会在溶液表面凝结成小水滴。这是一个快速成核的过程，随着时间的推移，小水滴表面覆盖度逐渐增大并在毛细力作用下进行组装，形成六角形有序排列的小岛。这种毛细力作用只在水滴之间距离较近时存在。水滴间距离较远时，毛细力作用要比热能小得多，可以忽略不计，这时毛细力作用无法诱导水滴形成更大范围的有序排列。在这个阶段，水滴的长大主要靠从潮湿空气中补充水分，水滴增长较慢，其半径和时间的关系是:。这样的快速成核和慢速生长的机制保证了水滴尺寸的均一性。同时，由于溶剂的挥发，在溶液的表层和内层间存在较大的温差，并形成Marangoni 对流。有序排列的小岛会在对流以及外界气流的诱导下形成更大范围的水滴有序排列的阵列，而且凝结的水滴向有机溶液/ 基底/空气三相界面迁移的趋势也有利于水滴的有序排列。如果溶质能够隔开并且稳定水滴，阻止水滴的进一步合并，那么水滴有序排列就被固定下来。待有机溶剂挥发后，薄膜逐渐恢复到室温，水滴开始挥发。最后待水滴完全挥发后，水滴的印记就留在了薄膜表面，形成有序多孔结构。而如果水滴能够进入到溶液中去，水滴在溶液表面的凝结、生长、有序排列的过程便不断重复，形成三维排列的水滴模板。
水滴模法构筑蜂窝状有序多孔薄膜影响因素：
A）溶剂的选择对形成有序多孔薄膜至关重要，通常选择易挥发且与水不互溶的有机溶剂。溶剂的挥发性对多孔薄膜中孔洞的尺寸和排列都有重要的影响。
B）多孔薄膜只有在潮湿的实验条件下才能得到。一般来说，相对湿度低于50% 时很难得到有序多孔薄膜。相对湿度高于50% 时，多孔薄膜中孔洞的直径随着湿度的增加近似呈线性增加。但是当相对湿度达90% 以上时，较高的湿度会导致凝结在溶液表面的水滴发生不可避免的融合，这种情况下得到的多孔薄膜孔洞大小不均且有序性差。
C）有序多孔薄膜通常是在玻璃、云母和硅等亲水的基底上构筑得到的［31］。这是由于亲水性强的基底更利于样品溶液在基底上的铺展以及水滴的凝结，因而亲水性强的基底更利于获得尺寸均一且排列有序的多孔结构薄膜。
D）聚合物溶液的浓度对多孔薄膜的结构也有重要影响。溶液的浓度越低，得到的多孔薄膜的孔洞直径越大。孔径和溶液浓度之间的关系大致符合公式［27］:R = K / c，R 为孔径大小，c 为溶液浓度，K 为常数，K 值与聚合物材料有关。但聚合物溶液浓度太低时，溶液中的聚合物无法包裹住水滴，导致最终形成的多孔薄膜有序性差。若聚合物溶液浓度太高，则溶液的黏度太大，水滴很难浸入到溶液中去，最终形成的薄膜表面甚至观察不到多孔结构。只有聚合物溶液浓度适中的情况下才能得到有序多孔薄膜。
水滴模法构筑蜂窝状有序多孔薄膜常用体系：从多孔薄膜的形成机理可以看出，只有自身能稳定水滴模板的材料才能自组织形成有序多孔结构，这就在很大程度上限制了该方法的应用。早期的工作中水滴模板法多应用于聚合物体系，随着研究的不断深入，人们更关注于将这种方法应用到更广泛的功能材料体系中去，从而获得不同功能的新型多孔材料。到目前为止已见报道的材料主要包括以下4 类: 聚合物材料、纳米材料、生物及生物相容性材料和有机金属材料。
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