关键词： 乳液模板法   聚合物基多孔材料   聚乙烯亚胺   二氧化碳吸附   柔性压阻传感   相变储热  

摘要： 乳液模板法制备的聚合物多孔材料展现出高比表面积、高孔隙率、可调控的孔径大小及分布等特性,使其在建材、气体储存、吸附及催化反应等众多领域具有广泛的应用。近年来,乳液模板法制备聚合物基多孔材料的研究已在孔结构的调控、复合化增强、绿色制备技术等方面取得重要进展。未来研究需聚焦结构-功能一体化设计,赋予材料吸附性、导电性、催化活性、刺激响应性等特定功能,以满足能源、环境及生物医学等领域的多元化需求。 本论文基于乳液模板法制备聚合物基多孔复合材料,通过对组成乳液的两相构成、界面结构进行设计,分别制备出表面胺基修饰的聚苯乙烯基多级孔二氧化碳吸附材料、有机胺/MOFs/聚苯乙烯基多孔二氧化碳吸附材料、多孔的碳纳米管/硅橡胶基柔性压阻材料、多孔聚丙烯酰胺封装的相变储热材料,实现了聚合物基多孔复合材料的结构-功能一体化。论文主要研究内容如下: 1、将高内相乳液模板法与浸渍法相结合,制备得到表面胺基修饰的聚苯乙烯基多级孔二氧化碳吸附材料（APM）。基于材料内部的多级孔结构以及孔壁上接枝的胺基,实现了对二氧化碳的物理、化学协同吸附。首先采用高内相乳液（HIPE）模板法,以苯乙烯（St）与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）为共聚单体,成功制备了聚合物多孔基体。然后,浸渍聚乙烯亚胺将胺基接枝到多孔基体的孔壁上,得到了兼具大孔与介孔、表面胺基化的多级孔二氧化碳吸附材料。研究了分散相体积分数、浸渍工艺、PEI浸渍量对材料吸附性能的影响。结果表明,APM对二氧化碳的吸附量达到3.03 mmol/g,具有高选择吸附性和稳定的循环吸附性能。 2、设计将ZIF-8的合成原料和聚乙烯亚胺（PEI）作为分散相引入高内相乳液模板中,一步法制备得到有机胺/MOFs/聚苯乙烯基多孔二氧化碳吸附材料（PEI@ZIF-8/PS）。研究了ZIF-8含量、PEI用量对材料比表面积及二氧化碳吸附量的影响。结果表明,ZIF-8与PEI质量占比分别为63wt%和50wt%制备的50wt%PEI@2ZIF-8/PS比表面积达到197 m2/g,微孔体积为0.034 cm3/g,30℃下CO2的吸附量为1.16 mmol/g,吸附热为65.8-69.7 k J/mol,并具有良好的循环稳定性。 3、采用乳液模板法将碳纳米管诱导分布在多孔柔性基体的孔壁上,利用孔的变形影响三维导电网络,得到多孔的碳纳米管/硅橡胶基柔性压阻材料（CNTs/PDMS）。首先以硅橡胶为连续相、水为分散相,研究了多孔硅橡胶基体孔结构的调控。然后,将碳纳米管引入乳液分散相,通过乳化剂诱导其分布在多孔硅橡胶的孔壁上,实现了高灵敏度的压阻传感。研究了分散相体积分数、两相粘度、碳纳米管添加量对CNTs/PDMS的孔结构、力学性能及压阻响应的影响。结果表明,该柔性多孔复合材料具有良好的弹性和柔韧性,受到压缩时表现出对应变的良好响应性。当CNTs添加量为2.5wt%时,CNTs/PDMS的灵敏度达到12.09,可以用作压阻传感器检测人体活动,表现出良好的响应性和循环稳定性。 4、以相变芯材十八烷为分散相,采用中内相乳液模法板,一步法设计制备了具有闭孔结构多孔聚丙烯酰胺封装的相变储热材料（OD@PAM）。研究了分散相体积分数、乳化剂、两相粘度、Pickering乳化剂（CNTs-ODA）对多孔聚丙烯酰胺载体孔结构、封装效果的影响。结果表明,分散相体积分数40%、CNTs-ODA添加量0.15wt%制备的0.15wt%CNTs/OD@PAM热容量达到211.15 J/g,具有良好的稳定性和循环使用性能。

关键词： 结构设计   TiAl基复合材料   粉末冶金   强韧化   可加工性  

摘要： TiAl基合金作为一种备受关注的轻质高温结构材料,在航空、航天和汽车工业等领域展现出广阔的应用前景。然而,该合金目前仍存在若干亟待解决的问题,如室温脆性较大、加工性能不佳、高温下的塑性和强度不足等,极大地限制了它的应用范围。近年来,随着材料设计思路的逐步深化,复合材料在制备技术和理论探索方面均取得了重要突破。在此研究背景下,本文采用增强相结构设计的策略,制备以不同结构Ti-6Al-4V（TC4）粉末作为增强相,Ti-48Al-2Cr-2Nb为基体的TiAl基复合材料。以不同结构的增强相比例和含量为变量,通过高温拉伸实验研究其对复合材料微观组织和力学性能的影响,从而确定最优的增强相配比和含量。随后,借助高温压缩实验对其热加工性能进行评估。 本文利用湿法球磨工艺,通过调整球磨工艺,将球状结构的TC4粉末（TC4G）转化为层状结构的TC4粉末（TC4F）。所获得的TC4F粉末长径比接近1:26,并伴有明显的择优取向和晶粒细化特性。在后续的真空热压烧结过程中TC4F粉末内部高密度的位错和晶界引起的短路扩散效应极大增加了复合材料的可烧结性。 经1250℃、40 MPa、1 h的真空热压烧结后,TC4G在组织中呈现近似球状,未观察到明显的扩散层。相比之下,TC4F在组织中表现为不规则片层状,并与基体发生显著的扩散反应,形成了厚度约为40μm的γ/α2层状扩散层。此外,由于TC4F粉末独特的结构特性,其表现出更优异的孔隙填充能力,从而使烧结后组织的致密度随着TC4F粉末比例的增加而提升。然而,由于TC4中α-Ti相在同素异构转变过程中伴随晶胞体积的变化,烧结后组织的致密度随TC4F粉末含量的增加呈现出先升高后降低的趋势。同时,TC4F粉末与基体之间的扩散反应生成了α2-Ti3Al相,导致烧结后复合材料的硬度随着TC4F粉末比例和含量的增加而逐步提高。 高温拉伸实验结果表明随着TC4F比例的增加复合材料的高温抗拉强度和延伸率增大,且在增强相全部为TC4F时复合材料的性能最好。随着TC4F增强相含量的增加复合材料的高温抗拉强度和延伸率先增大后减小,其中TC4F的添加量为8 wt.%时复合材料的综合力学性能最佳,在800℃时,强度和延伸率分别达到506 MPa,17.2%,相较于Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的202 MPa,3.3%,分别提升了1.5倍和4.2倍。TC4F增强相的引入使得TiAl基复合材料的晶粒尺寸得到降低,形成了细晶强化效应;TC4F与基体形成的良好γ/α2层状界面结构,形成界面强化效应;TC4F独特的结构和取向不同的γ/α2层状界面结构对分散应力有很强的作用,保证复合材料整体塑性变形的均匀性;同时,TC4F内部的富Ti软区和扩散形成的层状组织内细小的γ片层结 构,在变形过程中能够吸收应力,产生背应力强化效应并与基体发生协同变形,从而保证复合材料的塑性变形能力;TC4F的引入改变了组织中部分区域的Ti元素分布,使得材料局部区域孪生变形机制更容易开动。 高温压缩实验结果表明,TC4F的引入显著改善了复合材料的局部变形能力,提高了形变储能,并促进了局部动态再结晶的发生。动态再结晶在分散外加载荷方面发挥了关键作用,从而使复合材料表现出更优异的可加工性能。与Ti-48Al-2Cr-2Nb样品相比,添加8 wt.%TC4F的样品在高应变速率下展现出更为明显的加工硬化效果,但由于动态再结晶的作用,其形变应力相对较低,这为热加工提供了有利条件。基于实验结果,建议最佳热加工工艺参数范围为温度1000℃～1100℃,应变速率1×10-4 s-1～1×10-3 s-1。

关键词： 铜基复合材料   铜钛金属间化合物   原位生成   力学性能   摩擦磨损性能  

摘要： 铜基复合材料具有优异的导电性、导热性和力学性能,在电子、航空等领域有着大量应用。但铜基复合材料的强度不高,耐磨性不足的状况对其进一步应用前景形成限制,常用的强化方式是在铜基复合材料中添加陶瓷颗粒,但陶瓷颗粒与铜基体界面的结合情况欠佳,界面往往会成为裂纹开始的起源点,陶瓷颗粒若脱落,会造成材料严重的磨料磨损现象,本论文选用Ti颗粒增强铜基复合材料,借助Ti在Cu基体里的扩散反应提升界面结合力。 本文使用了SPS方法制备了Ti/Cu复合材料,研究了不同Ti含量和不同烧结温度对复合材料物理性能及摩擦学性能的影响。分析了不同Ti含量和烧结温度对Ti颗粒扩散的影响。在此基础上,使用化学镀工艺制备了镀Ni钛颗粒（Ni@Ti）,研究了不用烧结温度对复合材料物理性能及摩擦学性能的影响并分析了烧结温度对Ti颗粒原位生成铜钛金属间化合物的影响。得到以下主要结论: （1）研究发现,随着Ti含量增加,复合材料的抗拉强度逐渐升高,但延伸率、导电率和致密度逐渐下降。磨损率呈现先增加后降低的变化趋势。当Ti含量为2 wt.%时耐磨性最佳。此时的布氏硬度为62.37 HBW,抗拉强度为431.46 MPa,磨损率为0.491×10-4mm3/N·m。随着Ti含量的增加,Ti与铜基体之间的反应尚未显著发生,所以Ti含量的改变对其扩散没有影响。 （2）在Ti质量分数为2 wt.%不变的条件下,研究不同烧结温度对复合材料性能的影响发现:布氏硬度、抗拉强度和致密度均随着烧结温度的升高而呈现增加的趋势,而导电率和延伸率呈现降低的趋势。复合材料的磨损率随着温度的升高呈现波动的趋势,烧结温度为700℃时,复合材料的耐磨性最佳,为:0.479×10-4mm3/N·m。此时的布氏硬度为83.6 HBW,抗拉强度为431.45 MPa。Ti颗粒的扩散程度随着烧结温度的升高而增加,当烧结温度为800℃时,粒径低于10 um的Ti颗粒已完全扩散至Cu基体中。 （3）采用Ti颗粒表面镀Ni来抑制Ti颗粒的扩散,此时Ti颗粒的质量分数为2 wt.%固定不变,改变烧结温度发现:复合材料的耐磨性呈现先增强后减弱的趋势,750℃时的耐磨性最好,磨损率为0.21×10-4mm3/N·m,此时的抗拉强度为391.52 MPa。并且通过复合材料的面元素分布来看,在750℃时,Ti颗粒已生成为铜钛金属间化合物。

关键词： 钛基复合材料   热变形行为   热轧   微观组织   力学性能  

摘要： 钛合金替代装甲钢可实现装甲车轻量化,但其存在硬度与耐磨性不足的问题,难以满足装甲板服役要求。通过添加TiC增强相虽能显著提升硬度和耐磨性,但铸态钛基复合材料存在组织粗大、成型性能差及强塑匹配不佳等缺陷,严重限制了其在装甲领域的应用。本文以自主设计的TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料为研究对象,研究其热压缩过程中的流变行为和组织演变规律,建立热变形本构方程并绘制热加工图;同时研究了变形量和退火温度对TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料板材组织与性能的影响规律,揭示Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料轧制板材的强韧化机制。本文的主要结论如下: （1）基于流变行为建立了TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料的热变形本构方程并绘制热加工图,揭示了热压缩过程中的组织演变规律。最佳热加工区域有三处,包括650℃-800℃,0.001 s-1;800℃-900℃,0.001 s-1-0.01 s-1;900℃-1050℃,0.001 s-1-0.1 s-1。变形温度对TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料流变行为的影响显著大于应变速率,位错滑移、β→α相变及动态回复与再结晶是该复合材料热变形过程中的主要变形机制。 （2）在900℃轧制可以有效调控TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料的组织与力学性能。研究发现轧制处理显著细化了复合材料的晶粒,随着变形量从50%增加到80%,平均晶粒尺寸由81.84μm减小到35.65μm。轧制过程中产生的织构为{110}<110>和{112}<110>织构。随着轧制变形量的增加,变形机制由位错滑移转变为动态回复和动态再结晶。TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料动态再结晶机制为亚晶界形核机制。此外,轧制可以显著优化力学性能,复合材料的抗拉强度最高可达943 MPa,同时断后伸长率为8.2%。 （3）退火处理可进一步调控TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr钛基复合材料轧制板材的微观组织,并优化其强度塑性匹配。复合材料板材在退火处理后发生了再结晶,并且再结晶程度随着温度的升高和变形量的增加而增加。晶粒尺寸随着退火温度的升高呈现长大趋势,其中变形量为70%的复合材料在600℃退火后平均晶粒尺寸仅为26.18μm。在600℃和700℃退火后,在β晶粒内析出了双尺度α相（微米/纳米）,而在800℃退火后基体组织为单一β相。复合材料轧制板材的力学性能经退火后得到显著优化,且随着退火温度的升高呈下降趋势,这主要归因于温度升高引起的晶粒长大。其中变形量为70%的复合材料在600℃退火后抗拉强度达1310 MPa,同时还具有10.3%的断后伸长率,具有良好的强塑性匹配。细晶强化、载荷传递强化、第二相强化、异质结构强化和奥罗万强化共同作用导致TiC/Ti-5Al-5Mo-5Zr-6Cr复合材料强塑性协同提升。

关键词： 电催化氮还原   合成氨   过渡金属催化剂   产氨率  

摘要： 由于氮与钼的高亲和力，钼基催化剂已被证明是有效的电催化N2还原反应（e-NRR）催化剂。引入空位和杂原子掺杂是调节催化剂微观结构提高其电催化N2合成NH3性能的有效手段。通过果胶辅助的水热反应以及煅烧并用NaBH4溶液处理制备了富含硫空位的Co掺杂MoS2/C球形纳米花（Vs-Co-MoS2/C）。空位中存在大量局域电子，不仅改善电子和能带结构，还可作为活性位点，促进N2键的断裂。异原子掺杂有效地改变催化剂的表面性质，可更好地形成表面缺陷并增加活性位点，从而提高与N2分子的结合能力。Vs-Co-MoS2/C具有良好的电催化NRR性能，在-0.6 V（RHE）下的氨产率为21.4±0.3μg·h-1·mg-1,法拉第效率为6.3%。

关键词： fluorescence   aqueous ultralong room-temperature phosphorescence   water-responsive structural color   composite particles   ex-situ covalent coupling  

摘要： 室温磷光（RTP）材料具有独特的光学特性,在安全领域发挥着重要作用.然而,现有RTP材料在水相介质中的平均寿命大多小于1 s,不利于实际应用.本文提出了一种原位共价偶联策略,通过将二氧化硅微球与羽毛衍生的碳点（CDs）结合,制备液相长寿命RTP材料.令人惊奇的是,所制备的水分散的CDs@SiO2微球的RTP寿命长达2.38 s,绝对量子产率为22%.同时,固态CDs@SiO2的平均寿命长达3.04 s,优于现有的RTP碳基材料.形成的Si–O–C共价键和Si–O–Si刚性网络的固定作用导致了CDs@SiO2的RTP的显著增强.随后, CDs@SiO2复合材料被分别应用于信息加密和防伪领域.有趣的是, CDs@SiO2复合材料具有有趣、可逆和稳定的光学特性,包括水响应结构色、蓝色荧光和青色RTP,在信息加解密和高级防伪应用中表现出优异的隐蔽性能.这些发现不仅为开发多响应光学材料提供了一种直接的策略,而且提供了一种更加安全的防伪技术.

关键词： 层状双氢氧化物   分子印迹聚合物   荧光探针   氯霉素类抗生素   四环素类抗生素  

摘要： 目的:抗生素滥用引发的细菌耐药性、环境污染及人体健康风险等重大公共卫生问题,已成为公众关注的焦点。由于环境水样和食品等实际样品存在基质复杂、干扰物繁多、目标物痕量残留等特性,传统检测方法普遍面临灵敏度低、选择性差、前处理步骤繁琐等问题。鉴于此,本课题基于层状双氢氧化物（LDH）结构调控策略,制备LDH功能化复合材料,构建灵敏高效的检测方法,实现复杂基质中痕量抗生素的高选择性富集分析,旨在解决现有检测技术存在的识别捕获能力不足、灵敏度差以及操作耗时等问题,为环境与食品中残留抗生素的精准监控提供技术支撑和方法借鉴。 方法:本论文以环境水样及食品中残留的痕量抗生素为研究目标,借助LDH独特的结构可调性,设计合成两种新型LDH复合材料,并将其用于氯霉素类和四环素类抗生素的检测分析,具体研究内容如下: 1.以卤代酸插层的LDH为引发剂,功能化修饰的β-环糊精（β-CD）为单体,利用原子转移自由基聚合技术制备一类新型的LDH-分子印迹凝胶聚合物（LDH-MIP gel）。该聚合物兼具分子印迹的识别能力和β-CD的主客体包合效应,可协同提高对待测物的特异性捕获效能,同时也能解决传统MIP水相识别困难和吸附容量低等问题。以谱学技术、吸附等温线和动力学研究和密度泛函理论为主要研究手段,深入探究LDH-MIP gel聚合物对氯霉素类抗生素的识别机制和作用机理。 2.以土霉素（OTC）为主要研究对象,设计合成一类新型的水凝胶荧光聚合物（LDH-CES@N）。利用LDH优异的结构可调性,将插层柠檬酸与Eu3+掺杂相结合,协同天线效应（AE）-聚集诱导发光效应（AIE）,制备双发射荧光探针,实现OTC的高灵敏检测。此外,借助LDH有序层状框架的限域效应,结合硅烷化修饰,原位合成三维水凝胶荧光聚合物。同时以谱学技术和量子化学计算为主要研究手段,深入研究探针材料对OTC的荧光检测机理,进一步结合智能手机和96孔板构建便携式的OTC可视化荧光传感平台,实现对自来水和蜂蜜中痕量四环素类抗生素的智能检测。 结果: ***-MIP gel对氯霉素类抗生素表现出优异的选择性和识别能力（印迹因子:3.9-9.4）。吸附等温和动力学模型发现,LDH-MIP gel形成非均匀单层识别位点,以化学吸附为主,最大吸附量为(28.9-75.4 mg g-1)。经过5次吸附-解吸附循环后仍保持83.6%的初始吸附量,展示其良好的重现性和稳定性。该方法用于检测氯霉素、氟苯尼考和甲砜霉素的检测限分别为5、5和10μg L-1,线性范围为(25-10000μg L-1)（r2>0.9967）,将其用于蜂蜜、牛奶、鸡肉和猪肉等食品中氯霉素类抗生素的检测分析,回收率为78.3%-104.5%（RSD<10.0%）。应用Gaussian 16W、Multiwfn、VMD程序深入探讨了LDH-MIP gel对氯霉素类抗生素高选择性的作用机理,即分子印迹的识别机制与β-CD的主客体包合作用之间的协同效应。 ***-CES@N对OTC表现出较低的检测限（0.145μM）、良好的线性检测范围（0-60μM）、快速的荧光响应时间（120 s）。结合96孔板和智能手机RGB分析构建的便携式检测平台,实现自来水和蜂蜜中OTC的现场可视化检测,回收率为97.8%-105.4%（RSD<4.6%）。应用谱学技术,同时借助Gaussian 09W、Multiwfn、VMD程序揭示了LDH-CES@N对OTC的特异性识别机制,证实AE-AIE的协同作用使得LDH-CES@N对OTC展现出显著的选择性响应,插层柠檬酸不仅作为辅助配体参与配位作用,同时通过电子转移有效增强了AIE效应。 结论: 1.本文设计合成一类新型的LDH-MIP gel复合材料用于食品中氯霉素类抗生素的残留分析,该聚合物兼具MIP的识别能力和β-CD的主客体包合性能,表现出良好的选择性和吸附性能,借助密度泛函理论探究LDH-MIP gel对氯霉素类抗生素的识别机制和作用机理,该研究为食品基质中痕量抗生素的检测分析提供新的方法参考和理论依据。 2.本文所制备的双发射水凝胶荧光聚合物（LDH-CES@N）利用AE-AIE协同效应,同时结合智能手机和96孔板构建便携式的荧光传感平台,实现环境水样和蜂蜜中痕量OTC的现场实时检测。此外,以谱学技术和量子化学计算为主要研究手段,探究LDH-CES@N对OTC的荧光检测机理。本课题的研究为痕量污染物的实时检测提供新的方法借鉴和理论指导。

关键词： 玻璃纤维   热塑性复合材料   聚芳醚腈   界面强化   力学性能  

摘要： 随着航空航天、汽车轻量化、无人机及飞行汽车等领域对高性能复合材料需求的快速增长,传统树脂基材料在强度、热稳定性及界面结合方面的瓶颈亟待突破。高强玻璃纤维以其显著的价格优势与成熟的产业化应用基础而备受学术界与商业界的青睐;聚芳醚腈（PEN）作为一种特种工程塑料,其热学性能和机械性能可媲美聚醚醚酮（PEEK）和聚酰亚胺（PEI）,而价格只有后两者的1/3～1/2,这为民用领域的规模化应用提供了可行性。本文通过系统性设计,实现了纤维-基体界面强化、填料改性及工艺优化的协同调控,开发出兼具高性价比与环境适应性的新型热塑性复合材料。 首先,在工艺优化方面,采用分层实验设计,优化了成型压力、树脂体积分数、铺设模式以及树脂分子结构的匹配关系。实验结果表明,当胶含量为40 vol%、成型压力为10 MPa、铺设角度为[0°]16,且树脂类型为交联型聚芳醚腈时复材弯曲强度可达742 MPa、层间剪切强度达85.53 MPa,冲击强度达108.79 k J/m2。并通过高温力学试验和高温热损伤试验相结合评价了其耐高温性能。当温度为200℃,其弯曲强度为166 MPa。此外,该复合材料在300℃、承载10 MPa的工况下使用2h后,机械性能几乎保持一致。 其次,针对聚芳醚腈基热塑性复合材料界面结合强度低的问题,本研究合成了一种含羧酸基团的聚芳醚腈（PEN-COOH）上浆剂,其分子链中引入的羧酸基团（-COOH）通过“化学锚定-物理互锁”双机制协同增强复材界面结合强度。相比于脱浆后的纤维,改性后纤维表面平均粗糙度从10.2 nm提升至117 nm,表面活性官能团含量增加25.6%,显著改善了基体树脂对纤维的浸润性。另外,流变实验表明,这种界面强化有效增强了纤维与树脂之间的粘结性。PEN-COOH上浆剂处理后的纤维复合材料在力学性能上取得较大提升,相较于脱浆后的纤维,弯曲强度提高约48.73%,层间剪切强度提高约23.14%。且PEN-COOH上浆剂处理后的纤维复合材料在高温环境下的弯曲强度和层间剪切强度明显高于商用环氧上浆剂,分别提高41.9 MPa和5.48 MPa。 最后,针对聚芳醚腈树脂体系热膨胀过高的问题,本文依托纳米Si O2的低热膨胀特性和高硬度,对其进行表面改性,并将其引入树脂基体中改善复材尺寸稳定性。结果表明,当纳米Si O2填充量为聚芳醚腈的20%时,其相比未填充时具有最低的热膨胀系数,下降程度高达48.1%。 综上所述,玻璃纤维增强聚芳醚腈复合材料这种新型的热塑性复合材料在低空经济、航空航天、高端装备等领域中将具有良好的潜在应用。

关键词： 三价铁检测   单胶束二氧化硅纳米粒子   荧光传感   核壳结构   水溶性  

摘要： 铁离子的检测对于环境保护以及疾病预测具有重要意义。然而,大多数的有机荧光探针存在耐光漂白能力弱、水溶解性差、生物毒性高等缺点。而在无机框架中掺杂荧光传感物质合成出的传感器普遍粒径较大,这不利于应用于活细胞以及生物体内进行检测。本论文分别以F127和P123两种三嵌段共聚物为模板,采用正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,二甲基二乙氧基硅烷（DEDMS）为终止剂,合成了三种功能化的单胶束二氧化硅纳米粒子（SCMNPs）。探究了功能化SCMNPs对于三价铁离子在细胞内、水系统以及污水环境下的检测能力,并通过多种有机荧光染料的荧光共振能量转移原理实现水介质中的可视化检测。具体内容如下: （1）将荧光素（FL）包覆在SCMNPs的疏水核中,构建出选择性检测Fe3+的FL-SCMNPs。通过透析实验验证了所合成样品的染料稳定性。通过动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）对样品的粒径和形貌表征。通过荧光滴定表征了样品的选择性响应,并确定了检测限为0.12μΜ。进一步通过紫外吸收光谱与荧光发射光谱的归一化分析和三维荧光光谱明确了整个响应过程依赖于电子转移。其次,通过CCK-8实验验证了其应用于活细胞中的可行性,并利用荧光显微镜对FL-SCMNPs应用于活细胞的过程进行了表征。结果表明,我们成功的构建了区分响应Fe3+的单胶束-有机染料复合材料,这种材料因其超小的尺寸和超高的水溶性,在生物系统和水体系中应用前景良好。 （2）以非离子嵌段共聚物P123为软模板,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,利用异硫氰荧光素与3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）反应,生成功能化发射绿光的硅烷偶联剂,采用共沉淀法制备了尺寸超小的（约12 nm）荧光素修饰的单胶束纳米粒子。通过TEM、FTIR和UV光谱分别表征了粒子的形貌和表面荧光素基团接枝情况,利用DLS和Zeta电位测试表征了粒子的单分散性和表面电负性,并进一步采用荧光光谱进行性能表征。结果表明,该粒子不仅具有良好的发光稳定性、水溶性,还具有优异的Fe3+检测能力,在水溶液以及石油废水环境中Fe3+的检测与识别方面有着良好的应用前景。随后,将包覆的染料换成荧光素、1,10-菲罗啉、罗丹明B三种染料,利用荧光共振能量转移原理设计合成多染料掺杂的二氧化硅胶束（MD-SCMNPs）,用于水介质中的可视化荧光传感检测。