金屬-纖維素納米復合材料的原位制備及其機理和性能研究.pdf

1、作為一種價廉易得的天然高分子材料，纖維素纖維在地球上廣泛存在且具有生物降解性和可再生性等眾多優(yōu)良性能，應用前景非常廣闊。近年來，關于纖維素纖維的綜合利用研究已經(jīng)成為該領域的一個熱點，然而其絕緣性、不耐腐蝕、易霉變等缺點大大限制了其應用范圍。將金屬納米粒子與纖維素纖維進行復合來制備功能材料，通過改變金屬納米材料的種類，含量及調控復合條件及工藝，有望得到新型功能纖維復合材料。
　　本論文在NaOH/尿素水溶液體系中采用簡單溫和的工藝，

2、通過原位還原的方法制備得到系列金屬納米粒子/棉纖維復合材料，并在此基礎上對金屬納米粒子/棉纖維復合材料進行炭化，得到相應的炭系復合材料。利用透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)、熱重分析儀(TG)、共焦顯微拉曼激光光譜儀等手段對得到的復合材料進行了形貌、結構和組成表征，并對樣品的磁性能、導電性能、抗菌性能、電磁性能及吸波性能等進行了研究。主要研究內容和結果如下:

3、r>　　1.以NaOH/尿素水溶液為溶劑，制備得到均勻透明的棉纖維溶液，以氯化鎳為鎳源，水合肼為還原劑，通過原位還原的方法制備得到系列不同比例的鎳/棉纖維磁性納米復合材料，并對其進行結構性能研究。結果表明，得到的復合材料均具有明顯的室溫鐵磁性，且溶液中的Ni2+濃度對復合材料中納米鎳的顆粒尺寸和形貌有顯著影響，進而使復合材料的磁性、導電性以及吸波性能呈規(guī)律性變化。隨著溶液中Ni2+濃度從0.2M增加到1.0M，復合材料中鎳的含量由13.

4、0wt％增加到46.7wt％，得到的鎳納米顆粒的平均粒徑由50nm增加到130nm，復合材料的飽和磁化強度值從16.6 emu/g增加到38.5emu/g，體積電阻率由1.15×106Ω·cm降低到1.21×10-2Ω·cm。將得到的復合棉纖維直接抽濾成片狀材料，采用弓形法測試其吸波性能，結果表明，隨著復合材料中鎳含量的增加，其吸波性能依次增強。進而，通過初步的結構設計，制備得到阻抗?jié)u變的多層吸波材料，結果發(fā)現(xiàn)，同樣條件下多層吸波材料具

5、有更好的吸波性能。該復合材料在磁性材料，導電材料及電磁屏蔽和吸波材料等領域均具有很好的應用前景。
　　2.以NaOH/尿素水溶液為溶劑，制備得到均勻透明的棉纖維溶液，以硝酸銀為銀源，水合肼為還原劑，采用原位還原的方法制備得到系列不同比例的銀/棉纖維納米復合材料，并對其進行結構性能研究。結果表明，隨著溶液中Ag+濃度從0.005M增加到0.5M，復合材料中銀納米顆粒的含量由6.8wt％增加到41.35wt％;將得到的銀/棉纖維復合材

6、料制備成尺寸基本一致的方形薄片，采用抑菌圈法進行抗菌性能測試，結果表明，復合材料對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均表現(xiàn)出良好的抗菌性，且隨著銀含量的增加，其抗菌性增強。該復合材料在導電、抗菌等領域具有很好的應用前景。
　　3.在上述工作基礎上，以鎳/棉纖維復合材料為前驅體，在H2/Ar氣氛下對其進行高溫炭化得到相應的鎳/碳復合材料，并對其進行結構性能研究。結果表明，得到的復合碳材料均具有明顯的室溫鐵磁性，且前驅體中的鎳含量對鎳/碳復合材

7、料的磁性、導電性及其動態(tài)電磁性能均具有規(guī)律性影響。隨著產(chǎn)物中鎳納米顆粒的含量由13.0wt％增加到46.7wt％，復合材料的飽和磁化強度值從31.3emu/g增加到59.8emu/g，體積電阻率由0.725Ω·cm降低到0.61×10-3Ω·cm。鎳/碳復合材料的電磁性能測試結果表明，隨著復合材料中鎳含量的增加，其吸波性能呈增大趨勢，Ni/C-1.0的吸波效果最好，其RL值在5.4GHz處高達-42.8dB。該復合材料在磁性，導電及電磁