層狀結(jié)構(gòu)無機-有機復(fù)合薄膜材料的組裝及性能研究.pdf

1、無機一有機復(fù)合材料因其獨特的性能受到研究者的廣泛關(guān)注,在催化、傳感器、光電器件、納米生物技術(shù)、能量存儲和轉(zhuǎn)換等方面都具有重要的科學(xué)和實際應(yīng)用價值。本論文以水滑石無機層狀材料(LDHs)為主體,分別選取偶氮苯聚合物(PAZO)、酞菁鈷(CoPcTs)、聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、聚乙烯醇(PVA)為客體,制備了一系列層狀結(jié)構(gòu)無機一有機復(fù)合薄膜材料。采用實驗手段和計算化學(xué)相結(jié)合的方法研究了LDHs基薄膜的結(jié)構(gòu)；以性能為導(dǎo)向,實現(xiàn)了光致開關(guān)、電

2、化學(xué)傳感器、智能減反射薄膜的構(gòu)筑,并對其性能進行了調(diào)控；在此基礎(chǔ)上,通過合理選擇構(gòu)筑基元,設(shè)計并制備了具有優(yōu)良力學(xué)性能的LDHs基薄膜材料。論文整體框架如下圖所示。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.異質(zhì)結(jié)構(gòu)LDHs超薄膜的構(gòu)筑:實現(xiàn)了對M(Ⅱ)Al-NO3 LDHs(M=Co,Ni,Mg)的剝離,利用剝層后帶正電的納米片作為構(gòu)筑單元,基于靜電引力與PSS進行了層層組裝,得到了一系列具有無機一有機超晶格有序結(jié)構(gòu)

3、的LDHs／PSS異質(zhì)超薄膜。由于LDHs納米片及有機物分子組成及功能的多樣性,該異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜材料為實現(xiàn)多功能集成提供了新的思路和途徑。
　　 2.LDHs／偶氮苯聚合物的組裝及光致開關(guān)性能:利用LDHs納米片與光敏分子偶氮苯進行組裝,得到了光響應(yīng)速率快、異構(gòu)化效率高、可逆性好的光致開關(guān)薄膜材料。LDHs層板的二維各向異性及晶格定位效應(yīng)對有機官能團起到了隔離、有序分散作用。偶氮苯的反式-順式異構(gòu)化及可逆回復(fù)產(chǎn)率分別達到了～100

4、％及～51％。該薄膜材料可應(yīng)用于光敏涂層、分子開關(guān)、光信息存儲等領(lǐng)域。
　　 3.基于LDHs構(gòu)筑新型電化學(xué)傳感器:利用LDHs納米片固定了電化學(xué)活性物質(zhì)酞菁鈷,構(gòu)筑了新型電化學(xué)傳感器,實現(xiàn)了對多巴胺的檢測。傳感器具有較低的檢測限(3.2×10-7 mol／L)、快速的響應(yīng)(2s)及寬的線性范圍(2.0×10-5～1.4×10-4 mol／L)。酞菁鈷在LDHs納米片層問有序排布,薄膜的長程有序結(jié)構(gòu)有利于電活性物質(zhì)與電極之間的快

5、速電子轉(zhuǎn)移。該無機-有機復(fù)合薄膜修飾電極在電化學(xué)分析及生物檢測領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
　　 4.減反射智能涂層及減反射／防霧雙功能涂層材料的構(gòu)筑:利用LDHs納米粒子和PSS作為構(gòu)筑基元,組裝得到LDHs／PSS多層納米復(fù)合薄膜,經(jīng)高溫焙燒后獲得了具有減反射性能的復(fù)合金屬氧化物(MMO)薄膜材料。由于MMO薄膜自身低的折射率以及豐富的孔結(jié)構(gòu)使其具備顯著的可見光減反射性能?；贚DHs獨特的“結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)”,薄膜的減反射性能可

6、以通過焙燒-水合循環(huán)實現(xiàn)多次的擦除及再生。在此基礎(chǔ)上進一步研究了薄膜的減反射／防霧雙重功能,通過調(diào)控薄膜厚度、孔結(jié)構(gòu)及表面粗糙度實現(xiàn)了最優(yōu)的減反射／防霧性能:650 nm處的透過率達到98.7％；水滴的鋪展時間為0.2 s。該薄膜材料在光伏器件、眼鏡制造、內(nèi)窺鏡檢測等領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。
　　 5.高強高韌薄膜材料的設(shè)計、組裝及性能調(diào)控:在生物礦化材料結(jié)構(gòu)的啟發(fā)下,以剪切滯后模型為指導(dǎo)原則,控制合成了具有特定長徑比(16～22)的