磁驅(qū)動(dòng)仿生纖毛的制備及光催化應(yīng)用環(huán)境污染嚴(yán)重影響到人類生存環(huán)境，環(huán)境凈化和防治已經(jīng)成為世界性問題。光催化以其降解效率高、條件溫和、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境凈化中的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。負(fù)載型光催化薄膜便于分離和重復(fù)使用，成為光催化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。然而傳統(tǒng)光催化薄膜表面納/微尺度的傳質(zhì)主要依靠被動(dòng)的分子擴(kuò)散，不充分的傳質(zhì)限制了光催化薄膜活性的提高。如何有效增強(qiáng)納/微尺度的流體混合，增強(qiáng)傳質(zhì)成為關(guān)鍵性問題。受生物纖毛微流體操控功能啟發(fā)，人們制備出具有類似功能的仿生纖毛，其在外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下模擬生物纖毛運(yùn)動(dòng)，形成微流體加速混合。本論文將仿生纖毛纖毛狀仿生陣列引入光催化薄膜設(shè)計(jì)中，以構(gòu)筑纖毛狀仿生光催化陣列為主要研究對(duì)象，以微流體混合性能調(diào)控為手段，通過磁場(chǎng)誘導(dǎo)自組裝法制備纖毛狀仿生陣列并進(jìn)行光催化功能復(fù)合，深入探討復(fù)合結(jié)構(gòu)與光催化性能間的關(guān)系，并對(duì)該新穎平臺(tái)的拓展性進(jìn)行了探索。1磁場(chǎng)誘導(dǎo)自組裝制備纖毛狀仿生陣列及其結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)以聚二甲基硅氧烷PDMS為基體，通過磁場(chǎng)誘導(dǎo)CO自組裝法制備纖毛狀仿生陣列，研究了自組裝工藝，磁粉含量、PDMS濃度、模具高度、模具尺寸等參數(shù)變化與陣列結(jié)構(gòu)演變間的內(nèi)在規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，所制備的纖毛狀陣列以連續(xù)PDMS薄膜為基底，具有好的機(jī)械穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)柔韌性；自組裝工藝調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)陣列結(jié)構(gòu)單元直徑1590M、陣列結(jié)構(gòu)單元密度7690ARRAY/MM2、陣列結(jié)構(gòu)單元高度005300MM、陣列面積高達(dá)5050MM2等不同結(jié)構(gòu)參數(shù)樣品的制備，不同規(guī)格纖毛狀陣列的制備成為對(duì)其微流體混合性能及光學(xué)性能優(yōu)化研究的基礎(chǔ)。表1CO含量及PDMS濃度對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)協(xié)同影響實(shí)驗(yàn)配方表注“”表示不能得到均勻的樣品2磁驅(qū)動(dòng)作用下纖毛狀仿生陣列的微流體混合性能及光學(xué)性能為實(shí)現(xiàn)功能化，需對(duì)纖毛狀仿生陣列的性能進(jìn)行優(yōu)化，在對(duì)其磁致形變分析基礎(chǔ)上，通過示蹤劑法研究了磁驅(qū)動(dòng)陣列形成微流體及陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微流體混合性能的影響，同時(shí)研究了微陣列結(jié)構(gòu)對(duì)樣品200700NM光反射率影響。研究表明，陣列結(jié)構(gòu)單元在外場(chǎng)誘導(dǎo)下的偏角隨磁場(chǎng)強(qiáng)度、陣列結(jié)構(gòu)單元高度的增加而增加，隨陣列結(jié)構(gòu)單元直徑的減小而增加，3MM樣品的偏角可達(dá)60。磁驅(qū)動(dòng)纖毛狀陣列模擬生物纖毛運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)液體流動(dòng)形成微流體，加速對(duì)流傳質(zhì)，其混合性能可通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)條件下，樣品混合性能隨陣列結(jié)構(gòu)單元密度、高度及直徑的增加而增強(qiáng)，隨磁驅(qū)動(dòng)頻率的提高先增強(qiáng)后降低，以140HZ時(shí)具有最好混合效果。表面微陣列結(jié)構(gòu)顯著降低200700NM光反射率，3MM纖毛狀陣列的平均反射率較平面結(jié)構(gòu)薄膜下降約87。圖1纖毛狀光催化陣列的微流體混合性能3纖毛狀仿生陣列的功能化及其光催化性能研究通過PDMS基體等離子改性、表面石墨烯改性及TIO2液相沉積等過程，成功制備了纖毛狀仿生光催化陣列AGT。陣列表面功能化對(duì)陣列結(jié)構(gòu)磁驅(qū)動(dòng)性能及流體混合性能沒有顯著影響。表面光催化劑復(fù)合顯著提高了AGT的光催化性能，靜止AGT進(jìn)行催化時(shí)，其催化性能隨陣列結(jié)構(gòu)單元高度、密度的增加而提高。以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)AGT進(jìn)行光催化時(shí)，其催化性能隨磁驅(qū)動(dòng)頻率的提高而提高，實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)140HZ驅(qū)動(dòng)時(shí)達(dá)到最大，其表觀速率常數(shù)K是靜止AGT的23倍，是外部攪拌分散的14倍。AGT具有穩(wěn)定的光催化性能，連續(xù)5次循環(huán)使用，其光催化降解效率能夠保持高達(dá)95。磁驅(qū)動(dòng)的AGT表現(xiàn)出高效的微流體混合，促進(jìn)光催化性能提高。06012018024030002040608104TH3RD2NDBAREARYAGTP013AG07