LDHs薄膜的取向生長及性能研究.pdf

1、層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(LDHs)是一類陰離子型層狀功能材料，因其具有層板組成可調(diào)、層板電荷密度可調(diào)、層間客體可調(diào)及離子尺寸可調(diào)等多方面的可調(diào)變性能，已經(jīng)在高性能催化材料、吸附材料、分離材料、功能性助劑材料、生物材料和醫(yī)藥材料等多個(gè)領(lǐng)域得到了研究和應(yīng)用。近些年，基于器件化應(yīng)用為背景，研究者們將LDHs粉體組裝到各種基體上得到了LDHs薄膜，極大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 本論文以原位生長法制備不同取向結(jié)構(gòu)的LDHs薄膜為手段，

2、以簡化制備工藝、擴(kuò)展LDHs在不同領(lǐng)域的應(yīng)用為目標(biāo)，分別在金屬鋁、玻璃、聚乙烯醇(PVA)及生物材料蛋殼膜(ESM)四種不同材質(zhì)的基體上原位生長得到了取向LDHs薄膜，其中分別包括了c軸平行于基體的LDHs薄膜、c軸垂直于基體的LDHs薄膜及三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)LDHs薄膜；文中還探討了LDHs薄膜的取向機(jī)制，并對所制備薄膜的性能進(jìn)行了探索性研究，考察了薄膜結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，將為LDHs薄膜應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展提供一定的實(shí)驗(yàn)及理論基礎(chǔ)。具體的研究

3、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　 1、針對c軸平行于基體的LDHs薄膜，分別在金屬鋁基體上原位生長得到了ZnAl-LDHs薄膜和MgAl-LDHs薄膜，在無機(jī)非金屬材料玻璃基體上得到了MgAl-LDHs薄膜，并對所得到的薄膜進(jìn)行了系統(tǒng)的表征和性能探索：
　　 (1)首先通過氨水絡(luò)合的方法在金屬鋁基體上一步原位生長制備得到了c軸平行于基體的取向ZnAl-NO3--LDHs薄膜；薄膜連續(xù)、致密，和基體之間的結(jié)合力強(qiáng)；采用極化曲線、

4、交流阻抗(ESI)及浸泡實(shí)驗(yàn)等手段對薄膜的防腐蝕性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)薄膜對基體Al有長久有效的防腐蝕作用；對薄膜的防腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析，認(rèn)為致密的LDHs薄膜可以抑制基體和其周圍離子間的電荷傳輸，從而阻礙了腐蝕的發(fā)生；另外由于NO3--LDHs可以將周圍的侵蝕性離子如Cl-交換進(jìn)入層間，通過層板和層間離子之間強(qiáng)的相互作用對侵蝕性離子進(jìn)行固定，亦可阻礙其對基體的侵蝕。
　　 (2)通過尿素分解的方法在金屬鋁基體上一步原位生長制備得到

5、了c軸平行于基體的取向MgAl-CO32--LDHs薄膜；構(gòu)成薄膜的六方片狀的LDHs粒子相互交錯(cuò)排列，形成了豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，有效降低了薄膜的密度；500℃焙燒以后，LDHs薄膜轉(zhuǎn)化為MgAl-MMO薄膜，MMO薄膜維持了前體薄膜的形貌；對MMO薄膜的介電常數(shù)進(jìn)行測試，結(jié)果顯示由于薄膜豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，其介電常數(shù)較低；通過改變LDHs前體薄膜的制備條件，實(shí)現(xiàn)了對薄膜形貌的規(guī)律性調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對MMO薄膜介電常數(shù)的有效調(diào)控；文中還采用數(shù)學(xué)

6、曲面插值理構(gòu)筑了金屬離子濃度、晶化時(shí)間和MMO薄膜介電常數(shù)的三維曲面方程，實(shí)現(xiàn)了對薄膜介電常數(shù)在2.0-4.7范圍內(nèi)的理論預(yù)測。
　　 (3)通過尿素分解的方法在無機(jī)非金屬材料玻璃基體上一步原位生長制備得到了c軸平行于基體的取向MgAl-LDHs薄膜，500℃焙燒以后，得到了復(fù)合金屬氧化物MgAl-MMO薄膜；抗菌性能進(jìn)行測試顯示，在較高的濃度梯度下MMO薄膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均達(dá)到了99.9％；分析其抗菌機(jī)理認(rèn)

7、為由LDHs前體法得到的MMO薄膜，由于Al2O3的存在，MgO可以在納米尺度均勻分散。納米MgO表面存在Fs+色心，色心可以和氧分子反應(yīng)生成活性很強(qiáng)的超氧離子O2，進(jìn)而對細(xì)菌起到殺滅作用。該薄膜無需在光照條件下即可實(shí)現(xiàn)抗菌，對抗菌玻璃的制備提供了一條簡便易行、成本低廉的途徑。
　　 2、針對c軸垂直于基體的LDHs薄膜，我們采用聚乙烯醇(PVA)為結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑對玻璃基體進(jìn)行改性后，原位生長得到了目標(biāo)取向的MgAl-LDHs薄膜；