生物医学工程纳米材料与结构2课件

1、1和高分子相关的纳米结构聚合物纳米结构 1) 纳米柱阵列 PC, PS, PI(polyimide) 机械模板法; 电子束刻蚀; 等子体处理; 2) 聚合物纳米微团 (热或pH值响应) 共聚: 嵌段共聚或接枝共聚 通过聚合反应将热响应或pH值响应的组分”镶 嵌”到目标产物当中聚合物纳米复合材料1和高分子相关的纳米结构聚合物纳米结构2纳米柱阵列(机械模板法)L. Jiang et al. ChemPhysChem 2004, 5, 750 -753聚合物纳米结构2纳米柱阵列(机械模板法)L. Jiang et al. C3PC纳米柱结构Yangs 方程: cos =(sv sv)/lvCassi

2、e-Baxter 方程:cos r = f1cos 1 + f2cos 2 PC 表面亲水性的改变a) 平滑PC膜 85.7; b) PC纳米柱膜 145.6 PC纳米柱阵列的SEM图3PC纳米柱结构Yangs 方程: PC 表面亲水性的改变4聚酰亚胺绒毛阵列A. K. Geim et al., Nature Mater. 2003, 2, 461-463.SEM图蜘蛛侠(15cm, 40g)接触面积 0.5cm2粘在玻璃板上; 载荷100g接触面积和附着力的关系聚酰亚胺绒毛阵列附着力随接触面积的变化4聚酰亚胺绒毛阵列A. K. Geim et al., Na5聚合物纳米微团5聚合物纳米微团6

3、pH值响应的PTHF-b-PAA凝胶颗粒CROP 阳离子开环聚合B) ATRP 原子转移自由基聚合C) 水解或热解 PTHFx-b-PAAy Mn (GPC) = 780036000; Mw/Mn = 1.121.35F. E. Du Prez et al. Macromolecules 2006, 39, 3760-37696pH值响应的PTHF-b-PAA凝胶颗粒F. E. Du 7PTHF68-b-PAA79纳米微团直径随pH值改变(a):pH=10(b):pH=3PTHFPAA7PTHF68-b-PAA79纳米微团直径随pH值改变(a)8PTHFx-b-PAAy 的 Dh和pH值的关系

4、 PAA-COO- (PAACOO-+ PAA-COOH)PTHF68-b-PAA44 (x),PTHF68-b-PAA79 ()和 PTHF68-b-PAA224 ()的酸平衡常数pKa和电离度 =pH = pKa log (1 - )/PTHF68-b-PAA44 (O),PTHF68-b-PAA79 ()和 PTHF68-b-PAA224 ()的Dh和pH值的关系8PTHFx-b-PAAy 的 Dh和pH值的关系 9Disassembly of Dendritic Micellar Containers Due to Protein BindingJ. AM. CHEM. SOC. 20

5、10, 132, 45504551Protein: extravidin, thrombin, pepsin, and chymotrypsin (ChT)Guest: pyrene9Disassembly of Dendritic Mice10聚合物纳米复合材料定义: 聚合物纳米复合材料是以聚合物为基体(连续相) 、填充颗粒以纳米尺度(100 nm) 分散于基体中的新型高分子复合材料.目的: 增强聚合物的某一或几方面的性质.焦宁宁, 王建明, 石化技术与应用, 2001,19, 57-6110聚合物纳米复合材料定义: 聚合物纳米复合材料是以聚合物为11刚性: 弹性模量屈服点: 弹性延性: 断

6、裂伸长强度: 屈服应力屈服应变弹性线性B（屈服点）C断裂点塑性高聚物的应力应变综合曲线, 何曼君等著, 复旦大学出版社, 第三版聚合物的一些典型力学性质11屈服应变弹性线性B（屈服点）C断裂点塑性高聚物的应力12分类: 聚合物/聚合物分子复合材料;聚合物/层状纳米无机物复合材料;聚合物/无机纳米粒子复合材料.12分类: 13无机纳米聚合物复合材料聚合物/ 层状纳米无机物复合材料 常见插层材料蒙脱土: 蒙脱土是以片状晶体构成 的, 其晶片厚度约1 nm ,片层间的距离约1 nm ,长100 nm; 插层聚合法和熔体插层法等 例子: 聚酰亚胺PI/ 蒙脱土和尼龙PA/ 蒙脱土体系聚合物/ 无机纳米

7、粒子复合材料 常见纳米粒子填料: CaCO3, HAP, ZnO, SiO2, Al2O3和 TiO2等 原位聚合法; 溶胶凝胶(solGel) 法和共混法等13无机纳米聚合物复合材料聚合物/ 层状纳米无机物复合材料14共混法制备纳米 CaCO3 /PP 复合材料麦堪成等, 材料科学与工程学报, 2007, 25(3), 380-383纳米CaCO3的形貌, PP和 纳米 CaCO3复合材料的结晶形态(从左到右)2030 nm14共混法制备纳米 CaCO3 /PP 复合材料麦堪成等, 15不同的CaCO3 对PP 的拉伸强度的影响1 PP/ 纳米级CaCO3 2 PP/ 微米级CaCO3CaC

8、O3对PP有异相成核作用，可使PP结晶温度提高纳米CaCO3填入PP 基体中，可以提高拉伸和弯曲性能，改善冲击强度结晶温度与填料含量的关系王旭, 黄锐, 中国塑料, 1999, 13, 22-2515不同的CaCO3 对PP 的拉伸强度的影响CaCO3对P16聚合物/聚合物分子复合材料两种或两种以上的聚合物混合在一起; 而其中有一种聚合物以纳米级的尺度分散在其他聚合物之中A和E为体心立方相; B和D为六方堆积柱状相; C为分层相16聚合物/聚合物分子复合材料两种或两种以上的聚合物混合在一PMMA/PS 纳米复合材料17朱美芳, 高分子学报 2006,4, 627-631Fig. TEMphot

9、ographs of latex particles a) PMMA(HC) seed particles ; b-1) and b-2) are respectively the interim and final morphology of PMMA(HC)PPS composite particles ; c-1) and c-2) are respectively the interim and final morphology of PMMA(HC)PPBA(LC)PPS composite particles ; d-1) and d-2) are respectively the

10、 interim and final morphology of PMMA(HC)PP(MMA2St)PPS composite particlesPMMA/PS 纳米复合材料17朱美芳, 高分子学报 20018Fig. TEM photograph of the stained cross section of polymer composites which were formed from the dry PMMA ( HC)PPS latex composite particles extruded by micro twin screw at different rotation r

11、ate via 5 mina) 210 ,25 rPmin ; b) 180 ,150 rPminLighter regions are PMMA(HC) domains ,and dark region is PS.18Fig. TEM photograph of the s19Fig. TEM photograph of the stained cross section of polymer composites which were formed from the dry PMMA(HC)PPBA(LC)PPS nano composite particles extruded by micro twin scr