仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)多元復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上，本論文結(jié)合有機基質(zhì)對無機組裝單元的親和識別作用及無機組裝單元間的協(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組裝單元，將其與糯米湯、淀粉及聚乙烯醇等有機基質(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)的復合薄膜，并對這種仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復合薄膜的組裝機理和力學性能進

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，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復合膜具有增強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拉曼光譜響應。
　　2、制備了粘土片(MTM)/糯米湯(SRS)仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀復合薄膜。在該復合薄膜中，MTM納米片與SRS中的有機基質(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合膜的拉伸強度為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)的方法制備的復合薄膜的力學性能稍微優(yōu)于真空抽濾的方法制備的復合薄膜。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)的層狀復合薄膜的力學性質(zhì)與天然貝殼（拉伸強度80-135MPa，韌性為1.81MJ·m-3）相當，但該

5、復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)復合薄膜的技術(shù)。這種層狀的人工復合薄膜是通過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復合薄膜具有強度高(241.8±10.2MPa)及韌性好(5.85±0.46MJ·m-3)的特點。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/聚合物復合薄膜。這種基于組分間協(xié)同增強的組裝方案為設計和構(gòu)建新型仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復合薄膜提供了一種簡單的方法。該柔性復合膜可望應用于功能涂層、組織工程等領域。
　　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)復合薄膜。研究了這種三元層狀有序結(jié)構(gòu)復合薄膜組分間的協(xié)同力學增強性質(zhì)。該層狀人工復合薄膜通過文石片與粘土片交替堆積的，并與淀粉分子強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)復合薄膜的最大拉伸應力為228.1±14.8MPa，對應的韌性為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