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

1、材料科學(xué)家一直在努力制備各種高強(qiáng)功能材料來滿足實(shí)際應(yīng)用的各種需求。相比于合成材料，自然界在進(jìn)化中已經(jīng)產(chǎn)生了許多由相對(duì)柔弱的組分按照一定的復(fù)雜等級(jí)結(jié)構(gòu)組裝成堅(jiān)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(diǎn)。因此，堅(jiān)固的生物材料系統(tǒng)由于其多種多樣的等級(jí)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(jìn)功能材料提供了豐富的靈感。在此類堅(jiān)硬的生物材料中，作為軟體動(dòng)物保護(hù)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(jī)械力學(xué)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(jìn)材料設(shè)計(jì)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(yùn)用適當(dāng)?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(fù)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(tuán)簇和蛋白質(zhì)為組裝單元制備了超薄雜化復(fù)合膜。這種團(tuán)

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(xué)透明性和明亮的藍(lán)色熒光。這些雜化膜相比于純的BSA蛋白質(zhì)膜，在力學(xué)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(dá)70％和100％。研究發(fā)現(xiàn)，這樣的增強(qiáng)效果與這些團(tuán)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(jī)械性能，這些雜化膜將來或許可以在生物醫(yī)學(xué)涂層上有著潛在的應(yīng)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(jī)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(jī)GO-LDH雜化涂層有可能應(yīng)用于防火阻燃材料。這項(xiàng)工作拓寬了GO-LDH雜化系統(tǒng)的應(yīng)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(gè)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(jī)無機(jī)雜化薄膜?；谏鲜鰧?duì)粘土-殼聚糖納米復(fù)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(fù)合材料。我們?cè)敿?xì)研究了纖維素納米纖維對(duì)這種三元復(fù)合材料的力學(xué)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(xué)性能在拉伸強(qiáng)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