利用噴涂組裝的仿生層層復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計，構(gòu)建與性能研究.pdf

1、通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)功能性材料的力學(xué)強(qiáng)化，從而更好滿足相關(guān)領(lǐng)域的實際應(yīng)用需要一直是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。近年來，隨著表征手段的提高，生物結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)異的機(jī)械性能與其微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系得到廣泛關(guān)注和深入研究。例如貝殼不僅具有光彩奪目的結(jié)構(gòu)色和優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能，其高度有序的“磚-泥”微觀層狀結(jié)構(gòu)也被系統(tǒng)研究，并成為高強(qiáng)度功能材料最受歡迎的設(shè)計模型之一。本論文以貝殼等生物結(jié)構(gòu)材料為模型，選用合適的一維和二維納米結(jié)構(gòu)單元，采用噴涂層層自

2、組裝的方法成功制備出幾種具有優(yōu)異力學(xué)性能的仿生多層組裝復(fù)合膜，同時揭示其力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)和界面作用之間的關(guān)系。主要研究結(jié)果包括以下三個方面:
　　(1)以銀納米線和巰基殼聚糖作為結(jié)構(gòu)單元，通過噴涂層層組裝技術(shù)制備一系列仿生多層組裝銀納米線-巰基殼聚糖復(fù)合膜。利用銀與巰基之間形成的銀-硫共價鍵可以優(yōu)化界面作用力，進(jìn)而增強(qiáng)膜的力學(xué)性能。相對于純的巰基殼聚糖膜，當(dāng)銀納米線的比例達(dá)到60wt％時其拉伸應(yīng)力和楊氏模量增加了3.9和11.7

3、倍，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銀納米線-殼聚糖膜、其他納米粒子與殼聚糖形成的復(fù)合膜以及銀納米線與其他有機(jī)物形成的復(fù)合膜的力學(xué)性能。此外，60wt％銀納米線-巰基殼聚糖復(fù)合膜擁有良好的抗疲勞性。銀-硫鍵對銀納米線-巰基殼聚糖復(fù)合膜的增強(qiáng)效應(yīng)將來也有望用于其他高性能復(fù)合膜的制備。
　　(2)芳綸纖維具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高溫和化學(xué)惰性等，因此是一種重要的高性能復(fù)合材料，已經(jīng)被廣泛用于航空航天，造船和軍工領(lǐng)域。由芳綸纖維剝離獲得的均勻的芳綸納米纖維是一

4、種新型的結(jié)構(gòu)材料組裝基元。基于一維的芳綸納米纖維和二維的云母粉，利用噴涂層層組裝技術(shù)制備一系列復(fù)合膜。利用一維和二維結(jié)構(gòu)基元界面間形成的多重氫鍵和“磚-泥”微觀層狀結(jié)構(gòu)顯著提高了復(fù)合膜的力學(xué)性能。40wt％無機(jī)摻雜比例的芳綸納米纖維復(fù)合膜具有良好的柔韌性和透光性，而且其力學(xué)性能得到顯著增強(qiáng)，拉伸應(yīng)力，楊氏模量和韌性相對于純的芳綸納米纖維膜分別增強(qiáng)了1.7，3.2和1.8倍。
　　(3)基于納米云母片和海藻酸鈉為結(jié)構(gòu)單元，通過噴涂層