LDHs薄膜的取向生長及性能研究.pdf

1、層狀雙羥基復合金屬氧化物(LDHs)是一類陰離子型層狀功能材料，因其具有層板組成可調、層板電荷密度可調、層間客體可調及離子尺寸可調等多方面的可調變性能，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)藥材料等多個領域得到了研究和應用。近些年，基于器件化應用為背景，研究者們將LDHs粉體組裝到各種基體上得到了LDHs薄膜，極大地擴展了其應用領域。
　　 本論文以原位生長法制備不同取向結構的LDHs薄膜為手段，

2、以簡化制備工藝、擴展LDHs在不同領域的應用為目標，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)狀結構LDHs薄膜；文中還探討了LDHs薄膜的取向機制，并對所制備薄膜的性能進行了探索性研究，考察了薄膜結構和性能之間的關系，將為LDHs薄膜應用領域的擴展提供一定的實驗及理論基礎。具體的研究

3、內(nèi)容和實驗結果如下：
　　 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行了系統(tǒng)的表征和性能探索：
　　 (1)首先通過氨水絡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，和基體之間的結合力強；采用極化曲線、

4、交流阻抗(ESI)及浸泡實驗等手段對薄膜的防腐蝕性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)薄膜對基體Al有長久有效的防腐蝕作用；對薄膜的防腐蝕機理進行分析，認為致密的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-交換進入層間，通過層板和層間離子之間強的相互作用對侵蝕性離子進行固定，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；構成薄膜的六方片狀的LDHs粒子相互交錯排列，形成了豐富的孔隙結構，有效降低了薄膜的密度；500℃焙燒以后，LDHs薄膜轉化為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)進行測試，結果顯示由于薄膜豐富的孔隙結構，其介電常數(shù)較低；通過改變LDHs前體薄膜的制備條件，實現(xiàn)了對薄膜形貌的規(guī)律性調控，進而實現(xiàn)了對MMO薄膜介電常數(shù)的有效調控；文中還采用數(shù)學

6、曲面插值理構筑了金屬離子濃度、晶化時間和MMO薄膜介電常數(shù)的三維曲面方程，實現(xiàn)了對薄膜介電常數(shù)在2.0-4.7范圍內(nèi)的理論預測。
　　 (3)通過尿素分解的方法在無機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，得到了復合金屬氧化物MgAl-MMO薄膜；抗菌性能進行測試顯示，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到了99.9％；分析其抗菌機理認

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生成活性很強的超氧離子O2，進而對細菌起到殺滅作用。該薄膜無需在光照條件下即可實現(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)為結構誘導劑對玻璃基體進行改性后，原位生長得到了目標取向的MgAl-LDHs薄膜；