應力皺褶規(guī)律及大面積有序結(jié)構(gòu)的實現(xiàn).pdf

1、有序結(jié)構(gòu)在材料制備方面有很大的潛在應用價值,而基于大面積有序結(jié)構(gòu)制備的應力自組裝方法以其普遍性和實用性受到人們的廣泛關注。本論文采用了兩種熱應力系統(tǒng),即用二維平面的PDMS/Pt柔性襯底剛性薄膜系統(tǒng)和三維球面的Ag/SiOx軟核硬殼系統(tǒng)來得到大面積有序褶皺結(jié)構(gòu)。通過調(diào)制熱應力,我們在平面系統(tǒng)上得到了有邊界條件限制的大面積有序褶皺結(jié)構(gòu),在三維球面上也得到了符合力學規(guī)律的褶皺花樣。這些研究為材料學制備規(guī)整有序的模板提供了很好的依據(jù)。此外,在

2、制備有序褶皺結(jié)構(gòu)的過程中,我們也研究了一些相關的問題,如膠體晶體在褶皺模板上的組裝,銀晶體的生長和形態(tài)演變等。主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.利用熱應力的方法在PDMS/Pt柔性襯底/剛性薄膜雙層系統(tǒng)上自組裝得到了大面積規(guī)整有序褶皺結(jié)構(gòu)。為了研究褶皺產(chǎn)生的規(guī)律,通過在無表面圖案修飾的PDMS上構(gòu)建無規(guī)的褶皺,分別研究了褶皺的波長和振幅與薄膜的厚度和熱處理溫度的關系。為了得到有序褶皺結(jié)構(gòu),我們利用修飾化的圖案作為邊界條件,研究了其上

3、褶皺的產(chǎn)生和取向情況。結(jié)果表明,這些圖案的邊界條件會對褶皺的產(chǎn)生起重要的作用。此外,圖案的尺寸,距離及排布也會對褶皺的產(chǎn)生和取向產(chǎn)生一些影響。為了得到一維有序平行褶皺,我們還嘗試了拉伸方法和毛細管方法,并且發(fā)現(xiàn)通過改變拉伸的應力和毛細管的曲率,可以得到不同波長的褶皺。
　　 2.得到這些褶皺后,我們還在其上自組裝了膠體晶體。實驗發(fā)現(xiàn),通過調(diào)制懸浮液的濃度,具有不同維數(shù)和不同層數(shù)的膠體晶體顆粒會規(guī)則地排布在褶皺的波谷處。另外,CD

4、盤和DVD盤是良好的模板,我們也嘗試了在其上進行膠體晶體的自組裝,最后得到了單粒子和雙粒子排布的一維膠體晶體。
　　 3.利用熱蒸發(fā)Ag2O和SiO的方法,制備了Ag/SiOx球狀核殼結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)實驗參數(shù),得到了表面屈曲的應力褶皺。實驗發(fā)現(xiàn),當核殼結(jié)構(gòu)的曲率較小時,一般得到類似平面系統(tǒng)上無規(guī)的鋸齒狀或鯡魚骨狀褶皺結(jié)構(gòu);而當曲率較大時,容易得到三角鋪排的褶皺花樣。另外,SiOx在Ag球表面的生長方式是分型結(jié)構(gòu)生長。通過增加實驗樣

5、品中SiO的量,我們還得到了花狀的Ag/Si/SiOx結(jié)構(gòu)。它由頂部的Ag/SiOx核殼結(jié)構(gòu)和Ag/Si/SiOx梢狀結(jié)構(gòu)組成。通過研究其生長機理,有助于進一步加深對VLS和OS機理的認識。
　　 4.通過共蒸發(fā)Ag2O和SiO或單獨蒸發(fā)Ag20的方法,得到了銀單晶和孿晶。對于單晶,得到了多面體向球晶轉(zhuǎn)變過程中的各種中間體,解釋了從正四面體和八面體向球體的轉(zhuǎn)變機理。其中蒸發(fā)溫度和SiOx雜質(zhì)效應對銀晶體的形貌轉(zhuǎn)變起著決定性的作用