仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)多元復(fù)合薄膜的制備及性能研究.pdf

1、本論文綜述了仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)材料組裝的研究進(jìn)展，總結(jié)了常見的組裝方法、組裝原理及仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢。在前人研究工作的基礎(chǔ)上，本論文結(jié)合有機(jī)基質(zhì)對無機(jī)組裝單元的親和識別作用及無機(jī)組裝單元間的協(xié)同增韌作用，分別以氧化石墨烯納米片、粘土片、文石片、硅酸鈣納米纖維為無機(jī)組裝單元，將其與糯米湯、淀粉及聚乙烯醇等有機(jī)基質(zhì)共組裝制備了一元、二元、三元柔性仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，并對這種仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的組裝機(jī)理和力學(xué)性能進(jìn)

2、行了系統(tǒng)的研究和探討。取得的具體研究結(jié)果如下:
　　1、發(fā)展了通過真空抽濾方法大面積組裝制備一元柔性仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯(GO)膜的技術(shù)，通過多巴胺(DA)還原和修飾在石墨烯(rGO)膜表面原位生長了高分散性的銀納米顆粒。利用DA的自聚合反應(yīng)，GO膜被還原成rGO膜同時其表面被聚多巴胺分子修飾，聚多巴胺分子可以作為還原劑和結(jié)合位點(diǎn)在rGO膜表面原位生長單層銀納米顆粒。這種球形銀納米顆粒的粒徑分布范圍較窄，平均粒徑約為80nm

3、，且其在rGO膜表面的覆蓋密度可控制。這種柔性的rGO/Ag復(fù)合膜具有增強(qiáng)的抗大腸桿菌的活性及對羅丹明分子高靈敏性的表面增強(qiáng)拉曼光譜響應(yīng)。
　　2、制備了粘土片(MTM)/糯米湯(SRS)仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀復(fù)合薄膜。在該復(fù)合薄膜中，MTM納米片與SRS中的有機(jī)基質(zhì)緊密相連，且取向高度有序、層層堆積。通過溶劑蒸發(fā)的方法組裝的仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀薄膜的拉伸強(qiáng)度為126.6±5.1MPa，楊氏模量為9.0±0.3GPa，韌性為1.81±0.1

4、MJ·m-3。而通過真空抽濾獲得的復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度為103.9±3.5MPa，楊氏模量為5.9±0.15GPa，韌性為1.17±0.08MJ·m-3。溶劑蒸發(fā)的方法制備的復(fù)合薄膜的力學(xué)性能稍微優(yōu)于真空抽濾的方法制備的復(fù)合薄膜。這可能是溶劑蒸發(fā)方法制備的薄膜的層狀結(jié)構(gòu)更致密，且有機(jī)基質(zhì)含量稍高一些所致。我們通過溶劑蒸發(fā)方法組裝的仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀復(fù)合薄膜的力學(xué)性質(zhì)與天然貝殼（拉伸強(qiáng)度80-135MPa，韌性為1.81MJ·m-3）相當(dāng)，但該

5、復(fù)合膜具有更好的柔韌性。
　　3、發(fā)展了真空抽濾法制備柔性粘土片/聚乙烯醇/硅酸鈣納米纖維(MTM/PVA/NFX)仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的技術(shù)。這種層狀的人工復(fù)合薄膜是通過1D的NFX網(wǎng)狀層和2D的MTM納米片層交替堆積而成，其層間距可調(diào)且聚合物填充含量低。該MTM/PVA/NFX復(fù)合薄膜具有強(qiáng)度高(241.8±10.2MPa)及韌性好(5.85±0.46MJ·m-3)的特點(diǎn)。其數(shù)值比NFX網(wǎng)狀薄膜(8.0±2.3MPa，0

6、.69±0.12MJ·m-3)和MTM/PVA復(fù)合薄膜(70.7±8.3MPa，5.23±0.54MJ·m-3)高出數(shù)倍，并且優(yōu)于天然貝殼(80-135MPa)和其他傳統(tǒng)的MTM/聚合物復(fù)合薄膜。這種基于組分間協(xié)同增強(qiáng)的組裝方案為設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜提供了一種簡單的方法。該柔性復(fù)合膜可望應(yīng)用于功能涂層、組織工程等領(lǐng)域。
　　4、發(fā)展了真空抽濾自組裝技術(shù)構(gòu)建粘土片/淀粉/文石片(MTM/Starch/Arago

7、nite)仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜。研究了這種三元層狀有序結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜組分間的協(xié)同力學(xué)增強(qiáng)性質(zhì)。該層狀人工復(fù)合薄膜通過文石片與粘土片交替堆積的，并與淀粉分子強(qiáng)烈的鍵合作用被緊密的連接在一起。這種典型的MTM/Starch/Aragonite仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的最大拉伸應(yīng)力為228.1±14.8MPa，對應(yīng)的韌性為3.2±0.2MJ·m-3。相比較于文石片/淀粉層狀結(jié)構(gòu)薄膜(80.7±8.1MPa，0.89±0.05MJ·m-3)、粘土