双结晶性嵌段共聚物的合成及结晶形貌研究

众所周知，嵌段共聚物聚乙二醇一聚L-丙交酯（PEG-LLA）、聚乙二醇一聚ε-己内酯（PEG-PCL）中的两个嵌段都是结晶性的，用它们作为结晶一结晶型嵌段共聚物的代表来研究结晶行为和结晶结构是很有意义的，但由于它们的结晶行为比结晶一非晶型的嵌段共聚物要复杂得多，因而至今相关报道很少。本论文合成了不同分子量的聚乙二醇一聚L-丙交酯两嵌段共聚物并对其结晶行为和形貌进行了详细的表征，具体研究结果如下：（1）DSC结果显示，嵌段共聚物中PLLA晶体和PEG晶体共存，并在升温和降温过程中显示出各自的熔融温度（Tm）和结晶温度（Tc），PEG链段的Tm都低于均聚物PEG的Tm，并且随着PLLA链段分子量的增加而降低。另一方面，均聚物PEGSO00的Tc要高于共聚物中的PEG链段Tc的。此外，嵌段共聚物中PEG链段的Tc都随着PLLA链段长度的增加而降低。（2）结果显示，嵌段共聚物的谱图恰好是两个均聚物PEG和PLLA谱图的叠加。这说明在嵌段共聚物中同时存在两个嵌段PEG链段和PLLA链段的相分 离的结晶微区。（3）在110℃或120℃时，不同分子量的嵌段共聚物PEG-PLLA都可以形成环带结晶形貌。偏光显微镜下的周期性的明暗交替消光与原子力显微镜观察到的表面的周期性的凸凹起伏都是由于PLLA片晶沿着球晶的半径方向作周期性扭曲造成的。（4）AFM观察环带球晶发现，凸起部分（ridge）的PLLA片晶以Edge-on方式堆砌，凹下部分（valley）的PLLA片晶主要是以Flat-on的方式堆砌。可见，AFM图像可以更直观的表现出球晶的结构和形态。好M还观察到了嵌段共聚 物的菱形单晶形貌，并发现在单晶中心伴有明显的螺旋位错结构。（5）在110或120℃时，先结晶的PLLA嵌段的片层为PEG的结晶提供了受限环境。PEG的结晶在微米尺度上虽然不会改变嵌段共聚物单晶的形貌，但会增加了单晶的片层厚度。本论文还合成了不同分子量的聚乙二醇一聚s一己内酷两嵌段共聚物并对其结晶行为和形貌进行了详细的表征，具体研究结果如下：（1）DSC结果显示，在嵌段共聚物中，固定PEG嵌段的长度时，随着PCL嵌段长度的增加，PCL嵌段的结晶温度和融温度变化不大，PEG嵌段的结晶温度和熔融温度变化很大。（2） POM结果显示，在不同的结晶温度下，PEG5000-PCL1000形成的球晶类似PEG均聚物的结晶形貌，PEG5000-PCL9000和PEG5000-PCL26000形成的球晶类似于均聚物PCL的结晶形貌，说明嵌段长度对整个结晶形貌的影响很大。（3）PEG5000-PCL5000显示出一种独特的结晶形貌一同心双球晶结晶形貌。同心双球晶的中心和外部分属于PCL嵌段和PEG嵌段的结晶。在同心双球晶的形成过程中，PEG嵌段从同心双球晶的中心一先结晶的PCL晶体片层开始生长，然后以较快的结晶速率冲破PcL球晶，形成自己独立的结晶微区结构。（4）在25，52℃等温结晶后，PEG5000-PCL5000和PEG5000-PCL9000的好M图片上呈现出一种独特的结晶形貌一纤维状或称羽毛状的结晶形貌，这属于PCL链段的结晶形貌。PEG5000-PCL16000和PEG50OO一PCL260OO由于其较长的PCL嵌段，导致其形貌大体上类似于均聚物PcL8000的树枝状形貌。PEG5000-PCLI000呈现有取向的条带结晶结构，类似于均聚物PEG5000的结晶形貌。（5）在36℃等温结晶后，PEG5000-PCL5000和PEG5000-PCL9000的AFM图片上呈现出的树枝状结构宽厚，肥大，这也许是因为PEG作为溶剂或稀释剂促进了PCL嵌段的结晶，使其晶体尺寸增加。

带侧羧基的脂肪族生物降解聚合物

生物降解脂肪族聚酷如聚乙交醋（PGA）、聚丙交醋（PLA）、聚。一己内酷（PCL）以及它们的共聚物由于具有良好的生物相容性和生物降解性而在外科手术缝合线、组织工程、药物控制释放、骨固定等领域得到很多应用。但是，它们自身缺乏功能基团，亲水性差，因而在应用上受到很大限制。因此，含有功能侧基生物降解聚合物的制备在过去十年中受到大家极大的关注。功能基团的引入对于调节聚合物的性能如：亲水性、生物降解性和药物的渗透性等非常重要。需要特别指出的是，功能基团的引入为把药物和其它生物活性物质与聚合物结合进而扩大聚合物的应用范围提供了机会。本文合成了几个功能化单体并且通过共聚的方法制备了几种新型的两亲性功能化聚合物。这些改性后的聚合物可以通过化学键接上药物或者其它生物活性物质，有望作为靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料。具体的研究结果如下：1．以2，2-二羟甲基丙酸节酷为功能单体，通过两步法成功合成了一系列新的带功能基团的聚酷酞胺，并通过1H NMR和FTIR对聚合物的化学结构进行了表征，DSC结果表明所合成的聚酯酰胺的Tm和Tg分别在150℃和0℃左右；2．合成了功能化的环状单体（35）-3-［（苄氧羰基）乙基」吗啉-2，5-二酮（BEMD），并以PEG作为引发剂，Sn（Oct）2作为催化剂，通过L一LA和BEMD的开环共聚合得到共聚物PLGBG-PEG-PLGBG；随后用10％铭碳催化氢化得到带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGG-PEG-PLGG和其它两亲性嵌段共聚物一样，PLGG-PEG-PLGG在水溶液中能够自组装成胶束，用花作为荧光探针，通过荧光光谱法研究了其形成胶束的过程并测定了它们的临界胶束浓度，发现在总的分子量大致相当的情况下，PLGG-PEG4600-PLGG比PLGG-PEG2000-PLGG有较高的临界胶束浓度；场发射电子显微镜表征结果显示胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的单峰粒径分布；蛋白酶K溶液中的降解研究表明带有侧梭基的PLGG-PEG-PLGG比PLA具有更快的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明所合成的聚合物PLGG-PEG-PLGG显示出较好的细胞相容性。3．在缩合剂DCC和催化剂DMAP存在下，带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGOPEG-PLGG和紫杉醇发生缩合反应得到两亲性嵌段共聚物一紫杉醇键合药P（LGG-paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）。它具有两亲性嵌段共聚物的性质，能够自组装成胶束，场发射电子显微镜表征结果表明胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的粒径分布，平均粒径为119.4nm。该胶束的药物释放具有pH敏感性，酸性环境中比生理环境中（pH＝7.4）具有较快的释放速率。P（LGG-Paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）胶束的壳层由良好亲水性的PEG组成，避免了胶束纳米粒子在血液循环中被人体网状内皮系统吞噬，保证有充足的时间通过EPR效应在肿瘤部位聚集，进而通过细胞内吞进入细胞并在细胞内的酸性环境中释放药物，进一步的研究工作有待深入进行。4．合成了功能化的环状碳酸酷单体MBC，以MPEG作为引发剂，ZnEt2作为催化剂，LLA和MBC发生开环共聚合，以较高的转化率，得到高分子量共聚物MPEG-b-P（LA-co-MBC）。13C NMR表明LLA和确c发生了无规共聚合；DSC征结果表明MPEG-b-P（LA-co-MBC）为无定型态聚合物，Tg在20-50℃之间，随着MBc含量的增加而降低；MPEG-b-P（LA-co-MBC）脱保护后得到带侧梭基的MPEG-b-P（LA-co-MCC），它的Tg明显提高，可能是聚合物侧梭基之间强的氢键作用力以及梭基对水解反应的催化作用造成的；脱保护前后的共聚物在蛋白酶K溶液中的降解研究表明，MPEG-b-P（LA-co-MCC）的降解速率大于MPEG-b-P（LA-co-MBC）的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明，所合成的MPEG-b-P（LA-co-MCC）是一种具有良好生物相容性的新型生物降解材料。5．利用本实验室开发的一种新型有机氨锯引发剂Sr-PO在温和的条件下通过顺序加料聚合的方法合成了新的嵌段共聚物PCL-b-PMBC。WAXD结果表明 PCL-b-PMBc中PCL的衍射峰均可观察到，只是衍射峰的强度随着PMBC含量的增加而减弱。DSC结果表明PCL-b-PMBC中PCL的Tm在57到52℃之间，并且随着PMBC含量的增加而降低。PCL-b-PMBC的玻璃化转变在-41.6 到-23.3℃之间，随着PMBC含量的增加而增加，这表明PMBC和PCL之间 有着强的相互作用，尽管两段不是完全相容的。PCL-b-PMBC的侧节醋在10％把碳催化下氢化还原为带侧梭基的PCL-b-PMCC后，衍射峰和结晶焙大大降低，说明侧梭基的存在使得分子链间有着强的氢键相互作用而不利于结晶。由以上分析可知，PCL-b-PMCC侧梭基的存在将会使共聚物的降解速度大大提高，而且因为功能梭基的存在可以使共聚物通过化学键连接上药物、短肤、寡糖或者其它生物活性物质，从而扩大该聚合物在生物医学领域的应用范围。

M_2RSbO_6:R~(3+)复合氧化物的合成组成结构和性能的研究(M = Ba、Sr、Ca, R = La、Gd、Y、Bi, R' = Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm)

对于稀土与非稀土所组成的二元复合氧化物的研究国外已有较多的报导。但是，对于稀土和锑的复合氧化物只是近年来才开始有些研究工作。含锑与稀土的多元复合氧化物的报导就更少。本文在我们实验室张静筠等人三元复合氧化物研究的基础上，开展Mo—Sb_2O_5—R_2O_3—R'_2O_3—Bi_2O_3多元体系的研究工作，这对于我国丰产元素稀土和锑的应用以及利用Bi~(3+)的激活与敏化将是有益的。本文按Thornton等人的方法合成了Ba_2BiSbO_6，Ba_2GdSbO_6，按EγΦECEHKO等人的方法合成了M_2RSbO_6 (M = Ba、Sr、Ca, R = La Y)。并以M_2RSbO_6为基质，掺Sm~(3+)、Eu~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)、Er~(3+)、Tm~(3+)和Bi~(3+)，研究它们的化学组成，晶体结构与发光性能的关系及规律，Bi~(3+)的荧光和敏作用。同时研究了它们的磁学和热学性能。化学组成的分析结果表明，计算的含量与实验测得的含量符合较好，说明化学反应是按化学计量比进行的。通过X-射线粉沫物相分析和晶胞参数的理论计算确定M_2RSbO_6(M = Ba、Sr、R = La、Y、Gd、Bi)复合氧化物是属于立方钙钛太型化合物。空间群为Fm3m，点群为Oh。用计算机计算了Ca_2YSbO_6的晶胞参数并结合荧光光谱分析确定它属于畸变的单斜钙钛矿，空间群为P_(21)。用磁天平测量了样品M_2RSbO_6 (M = Ba、Sr、Ca; R = Gd、Y、Bi)的磁化率。除Ba_2GdSbO_6是顺磁性物质外共余的都是反磁性的物质。按所用原料Sb_2O_5计算的磁化率与测量值符合较好，表明在所研究的M_2RSbO_6化合物中锑是正五价的。用热重热差分析仪测量了样品在反应中的热性能，观察到在化合物形成的过程中所用原料Sb_2O_3大约在520 ℃左右氧化变为Sb_2O_5。除所用原料碳酸盐分解外没有挥发性的物质，这就进一步证明化学组成分析和磁化率测量的结果是正确的。光学测量的结果表明，所有的磷光体随着激活离子浓度的不同其光谱都发生规律性的变化。对于不同Eu~(3+)浓度的Ba_2YSbO_6:Eu~(3+)和Br_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用254nm激发时均能观察到Eu~(3+)于595nm的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰325nm激发时，明显地看到敏化剂Bi~(3+)到Eu~(3+)的能量传递，使Eu~(3+)于595nm的发射大大增强，我们认为Bi~(3+)对Eu~(3+)的敏化作用是由于基质和Bi~(3+)的~1S。→ 3P_1的跃迁吸收了激发的能量，然后无辐射弛豫到Eu~(3+)的激发态~5D_0，产生~5D_0 → 7F_1的磁偶极跃迁。对于不同Eu~(3+)浓度的Sr_2YSbO_6:Eu~(3+)和Sr_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用245nm激发时均能观察到Eu~(3+)于595nm的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰335nm激发时，观察到基质和Bi~(3+)对Eu~(3+)具有某种能量传递。敏化作用机理与上述的Ba_2YSbO_6:Eu~(3+)和Ba_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系相同。对于不同Eu~(3+)浓度的Ca_2YSbO_6:Eu~(3+)和Ca_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用396nm激发时，均能观察到Eu~(3+)于613nm很强的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰313nm激发时，见到Bi~(3+)和基质对Eu~(3+)具有某种能量传递，这种敏化作用主要是由于基质和Bi~(3+)的3P_1 → ~1S_0的400nm的宽带发射和Eu~(3+)的~7F_0 → ~5L_6的396nm的吸收相匹配产生~5L_6→~5D_0→~7F_2的跃迁。通过对激发光谱和荧光光谱的分析给出了Ca_2Y_(0.96)Eu_(0.04)SbO_6的能级图，从实验上可见，Eu~(3+)的发光强烈地依赖于钙钛矿的结构，当Eu~(3+)在空间群为Fm3m 的Ba_2YSbO_6和Sr_2YSbO_6中处于Oh点对称性时，主要是~5D_0 → ~7F_1的磁偶极跃迁。当Eu~(3+)在空间群为P_(21)的单斜钙钛矿中时，主要是~5D_0 → ~7F_2的电偶极跃迁。对于不同掺杂浓度M_2YSbO_6:R~(13+)(M = Ba、Ca; R' = Sm、Dy、Ho、Er、Tm)体系，通过激发和荧光光谱的研究，合理地确定了谱项。发现基质对Sm~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)具有敏化作用。对不同Bi~(3+)浓度的Ca_2YSbO_6:Bi~(3+)，由激发和荧光光谱可见Bi~(3+)具有二个激发带，第一激发带位于240nm处相当于~1S_0 → ~1P_1的跃迁，第二激发带位于315nm处相当于~1S_0 → ~3P_1的跃迁。有一个很强的兰紫色发射位于400nm处相当于~3P_1 →~1S_0的跃迁。

MOCVD生长Al_(0.48)Gao_(0.52)N/Al_(0.54)Ga_(0.36)N多量子阱的结构和光学特性

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术,在蓝宝石衬底上生长了Al_(0.48)Gao_(0.52)N/Al_(0.54)Ga_(0.36)N多量子阱(MQWs)结构.通过双晶X射线衍射(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)和阴极荧光(CL)等测试技术,分别对样品的结构和光学特性进行了表征.在DCXRD图谱中,可以观察到明显的MQWs衍射卫星峰,通过拟和,MQWs结构中阱和垒的厚度分别为2.1和9.4 nm,Al组分分别为0.48和0.54.在AFM表面形貌图上,可以观察到清晰的台阶流,表明MQWs获得了二维生长;与此同时,MQWs结构存在一些裂缝,主要原因为AlGaNMQWs结构和下层GaN层间存在很大的应力.CL测试表明,AlGaN MQWs结构的发光波长为295 nm,处于深紫外波段,同时观察到处于蓝光、绿光波段的缺陷发光.

In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As量子阱中的正磁电阻效应

在低温强磁场条件下,对In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As量子阱中的二维电子气进行了磁输运测试.在低磁场范围内观察到正磁电阻效应,在高磁场下这一正磁电阻趋于饱和,分析表明这一现象与二维电子气中的电子占据两个子带有关.在考虑了两个子带之间的散射效应后,通过分析低磁场下的正磁电阻,得到了每个子带电子的迁移率,结果表明第二子带电子的迁移率高于第一子带电子的迁移率.进一步分析表明,这主要是由两个子带之间的散射引起的.

两个子带占据的In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As量子阱中填充因子的变化规律

研究了低温(1.5K)和强磁场(0-13T)条件下,InP基In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)A_(l0.48)As量子阱中电子占据两个子带时填充因子随磁场的变化规律.结果表明,在电子自旋分裂能远小于朗道能级展宽的情况下,如果两个子带分裂能是朗道分裂能的整数倍时,即⊿E_(21)=κ*ω_c(其中κ为整数),填充因子为偶数;当两个子带分裂能为朗道分裂能的半奇数倍时,即⊿E_(21)=(2κ+1*ω/2,填充因子出现奇数.

In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As量子阱中双子带占据的二维电子气的输运特性

研究了不同沟道厚度的In_(0.53) Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As量子阱中双子带占据的二维电子气的输运特性.在考虑了两个子带电子之间的磁致子带间散射效应后,通过分析Shubnikov-de Haas振荡一阶微分的快速傅里叶变换结果,获得了每个子带电子的浓度、输运散射时间、量子散射时间以及子带之间的散射时间.结果表明,对于所研究的样品,第一子带电子受到的小角散射更强,这与第一子带电子受到了更强的电离杂质散射有关.

不同量子阱宽度的InP基In_(0.53)GaAs/In_(0.52)AlAs高电子迁移率晶体管材料二维电子气的性能研究

用Shubnikov-de Haas(SdH)振荡效应,研究了在1.4 K下不同量子阱宽度(10-35 nm)的InP基高电子迁移率晶体管材料的二维电子气特性.通过对纵向电阻SdH振荡的快速傅里叶变换分析,得到不同阱宽时量子阱中二维电子气各子带电子浓度和量子迁移率.研究发现,在Si掺杂浓度一定时,阱宽的改变对于量子阱中总的载流子浓度改变不大,但是随着阱宽的增加,阱中的电子从占据一个子带到占据两个子带,且第二子带上的载流子迁移率远大于第一子带迁移率.当量子阱宽度为20 nm时,处在第二子能级上的电子数与处在第一子能级上的电子数之比达到了最大值0.24.此时有最多的电子位于迁移率高的第二子能级,材料的迁移率也最大.此结果对于优化器件的设计有重要意义.

双δ掺杂In_(0.65)Ga_(0.35)As/In_(0.52)Al_(0.48)As赝型高迁移率晶体管材料子带电子特性研究

研究了基于InP基的In_(0.65)Ga_(0.35)As/In_(0.52)Al_(0.48)As赝型高迁移率晶体管材料中纵向磁电阻的Shubniko-de Haas (SdH)振荡效应和霍耳效应,通过对纵向磁电阻SdH振荡的快速傅里叶变换分析,获得了各子带电子的浓度,并因此求得了各子带能级相对于费米能级的位置.联立求解Schrodinger方程和Poisson方程,自洽计算了样品的导带形状、载流子浓度分布以及各子带能级和费米能级位置.理论计算和实验结果很好符合.实验和理论计算均表明,势垒层的掺杂电子几乎全部转移到了量子阱中,转移率在95%以上.

Design of Photonic Crystal Semiconductor Optical Amplifier With Polarization Independence

Slow-light effects in photonic crystal (PC) waveguides can enhance light-mater interaction near the photonic band edge, which can be used to design a short cavity length semiconductor optical amplifier (SOA). In this paper, a novel SOA based on slow-light effects in PC waveguides (PCSOA) is presented. To realize the amplification of the optical signal with polarization independence, a PCSOA is designed with a compensated structure. The cascaded structure leads to a balanced amplification to the TE and TM polarized light.