基于納米結(jié)構(gòu)單元組裝制備仿生層狀復合結(jié)構(gòu)材料及性能研究.pdf

1、材料科學家一直在努力制備各種高強功能材料來滿足實際應用的各種需求。相比于合成材料，自然界在進化中已經(jīng)產(chǎn)生了許多由相對柔弱的組分按照一定的復雜等級結(jié)構(gòu)組裝成堅固的生物材料，并且這些生物材料通常兼?zhèn)涠喙δ苄缘奶攸c。因此，堅固的生物材料系統(tǒng)由于其多種多樣的等級結(jié)構(gòu)和卓越的性能而越來越受到研究者的關(guān)注，為制備下一代先進功能材料提供了豐富的靈感。在此類堅硬的生物材料中，作為軟體動物保護外殼的主要成分而存在的貝殼珍珠層，由于其表現(xiàn)出完美的“磚泥”微

2、觀體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的機械力學性能，和光彩奪目的結(jié)構(gòu)色，而成為最受歡迎的人造先進材料設(shè)計模型之一。
　　本論文著眼于貝殼模型，首先介紹了貝殼的結(jié)構(gòu)和其性能之間的關(guān)系，總結(jié)以貝殼為模型制備仿生人造材料的基本原則。我們運用適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)組裝單元和體系，并采用合適的組裝制備方法，成功制備了幾種有序復合材料，并研究其功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。具體研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　1.利用層層組裝技術(shù)，以離子團簇和蛋白質(zhì)為組裝單元制備了超薄雜化復合膜。這種團

3、簇-蛋白質(zhì)雜化膜表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)均勻性，良好的光學透明性和明亮的藍色熒光。這些雜化膜相比于純的BSA蛋白質(zhì)膜，在力學性能上有著明顯的提升，即:硬度(H)和折減楊氏模量(Er)分別提升高達70％和100％。研究發(fā)現(xiàn)，這樣的增強效果與這些團簇本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其和蛋白質(zhì)的相互作用力大小相關(guān)。由于這些雜化膜的高透明性和優(yōu)異的機械性能，這些雜化膜將來或許可以在生物醫(yī)學涂層上有著潛在的應用。
　　2.利用氧化石墨烯(GO)納米片和層狀雙氫氧化

4、物(LDHs)納米片作為結(jié)構(gòu)組裝單元，通過層層組裝技術(shù)制備了全無機成分的雜化涂層。制備出的仿貝殼雜化涂層表現(xiàn)出高的楊氏模量(～18 GPa)和硬度(～0.68 GPa)。該層狀GO-LDH雜化涂層具有與天然貝殼類似的彩虹色外觀，并表現(xiàn)出優(yōu)異的防火阻燃性能。這種類貝殼結(jié)構(gòu)的全無機GO-LDH雜化涂層有可能應用于防火阻燃材料。這項工作拓寬了GO-LDH雜化系統(tǒng)的應用，并給制備類貝殼結(jié)構(gòu)超硬功能性涂層材料提供了一個新的研究方向。
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5、.利用粘土、殼聚糖和纖維素納米纖維成功制備了仿貝殼結(jié)構(gòu)的有機無機雜化薄膜?；谏鲜鰧φ惩?殼聚糖納米復合材料的研究，我們將一維纖維素納米纖維引入到該二元雜化體系中，制備出具有層狀結(jié)構(gòu)的三元納米復合材料。我們詳細研究了纖維素納米纖維對這種三元復合材料的力學性能的影響。研究表明，在含有適量的纖維素納米纖維情況下，該三元雜化膜的力學性能在拉伸強度，韌性和硬度比二元雜化膜均有明顯的改善。
　　3.在乙二胺/水二元混合溶劑體系中，通過簡單的