表面電荷密度對(duì)Mg-AILDHs膠體分散體系液晶相行為的影響.pdf

1、無(wú)機(jī)液晶較之有機(jī)液晶具有較強(qiáng)的光、電和磁性能以及較好的耐熱性，越來(lái)越引起人們的興趣。近年來(lái)，隨著新的無(wú)機(jī)液晶物質(zhì)的不斷發(fā)現(xiàn)，以及對(duì)液晶理論的深入研究，無(wú)機(jī)液晶逐漸成為液晶研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。 目前人們發(fā)現(xiàn)了幾十種無(wú)機(jī)液晶物質(zhì)，其中絕大多數(shù)液晶物質(zhì)表現(xiàn)出各向同性相一向列相相變，如V<,2>O<,5>、勃姆石等；有少數(shù)液晶表現(xiàn)出各向同性相一柱形。相相變，如Ni(OH)<,2>等：僅有幾種無(wú)機(jī)液晶表現(xiàn)出各向同性相一層狀相相變，如β-F

2、eOOH、H<,3>Sb<,3>P<,2>O<,14>等。 歷史上提出了許多關(guān)于液晶相變的理論，其中最重要的是建立于十九世紀(jì)中期的Onsager硬核模型理論。Onsager模型是基于剛性粒子的假設(shè)，粒子之間只存在剛性斥力。而在無(wú)機(jī)液晶中很多體系屬于膠體體系范疇，如：鋰皂石、蒙脫土、LDH等，并且多數(shù)為帶電粒子。由于靜電斥力和范德華力的存在，粒子之間并非剛性作用，這些作用力都會(huì)對(duì)體系相變產(chǎn)生影響。因此研究粒子表面電荷密度對(duì)于體系

3、相變的影響，對(duì)于深刻理解帶電膠體體系的液晶相變實(shí)質(zhì)具有重要的意義。 本文研究了帶不同表面電荷的兩種Mg/AlLDHs(MgAl LDH和Mg<,2>AlLDH)膠態(tài)無(wú)機(jī)片狀粒子分散體系的液晶相變，以及電解質(zhì)對(duì)于體系相行為的影響。在較低的體積分?jǐn)?shù)下，由于粒子可以自由運(yùn)動(dòng)，因此表現(xiàn)為各向同性相：當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增加到一定值時(shí)，體系發(fā)生各向同性相一液晶相相變。對(duì)于MgAl LDH體系，當(dāng)達(dá)到臨界濃度后體系發(fā)生各向同性相一層狀相(I-L)相變

4、；而對(duì)于Mg<,2>A1 LDH體系，達(dá)到臨界濃度后發(fā)生各向同性相一向列相(I-N)相變。這兩種不同的相行為是由于表面電荷密度差異造成的，厚度的多分散度對(duì)于體系出現(xiàn)的相態(tài)有很大影響，當(dāng)厚度多分散度較低時(shí)，體系會(huì)出現(xiàn)層狀相。對(duì)于MgAl LDH和Mg<,2>Al LDH體系，粒子厚度多分散度均較大。雙電層的存在會(huì)降低厚度多分散度，而MgAILDH體系的表面電荷密度高，雙電層的厚度較大，使得厚度多分散度較低(詳見第四章4.3節(jié)分析)，因此發(fā)

5、生I-L相變。 MgAI LDH分散體系發(fā)生液晶相變的臨界濃度為10wt％，出現(xiàn)單一層狀相的濃度為25wt％；Mg<,2>Al LDH分散體系發(fā)生液晶相變的濃度為16wt％，出現(xiàn)單一向列相的濃度為28wt％。由于MgAl LDH粒子表面電荷密度高于Mg<,2>Al LDH，粒子有效體積較大，因此臨界相變實(shí)際濃度相對(duì)較低。在兩相共存區(qū)，MgAl LDH分散體系低體積分?jǐn)?shù)下經(jīng)由失穩(wěn)分解發(fā)生相分離，高體積分?jǐn)?shù)下經(jīng)由成核生長(zhǎng)發(fā)生相分

6、離。Mg<,2>Al LDH分散體系的相分離只有成核生長(zhǎng)過程。 此外，本文研究了電解質(zhì)的加入對(duì)MgAl LDH和Mg<,2>Al LDH分散體系的相行為的影響。對(duì)于MgAl LDH體系，電解質(zhì)的加入提高了發(fā)生相變的臨界濃度，對(duì)相態(tài)沒有影響。而對(duì)于Mg<,2>Al LDH分散體系，電解質(zhì)的加入產(chǎn)，上重要影響，在兩相共存區(qū)，體系由兩相共存變?yōu)槿嗷蛩南喙泊妫霈F(xiàn)新的有序相。由于電解質(zhì)的加入，粒子的雙電層受到壓縮，因此其直徑和厚度的

7、多分散度發(fā)生變化，徑軸比也發(fā)生變化，導(dǎo)致體系出現(xiàn)三相或者四相共存。 在Mg-Al LDH和Mg<,2>Al LDH分散體系中并未發(fā)現(xiàn)柱形相，其原因在于較高的粒徑多分散度和粒子表面電荷密度。 LDHs分散體系液晶相作為液晶相變模型有著特殊的優(yōu)勢(shì)。通過調(diào)整二、三價(jià)金屬離子的比例可以改變LDHs粒子表面正電荷密度，粒子表面的可變電荷可通過改變介質(zhì)的Ph值和離子強(qiáng)度加以調(diào)節(jié)，因此LDHs分散體系作為研究靜電斥力穩(wěn)定的無(wú)機(jī)溶