金屬-纖維素納米復(fù)合材料的原位制備及其機(jī)理和性能研究.pdf

1、作為一種價(jià)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(yīng)用前景非常廣闊。近年來(lái)，關(guān)于纖維素纖維的綜合利用研究已經(jīng)成為該領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，然而其絕緣性、不耐腐蝕、易霉變等缺點(diǎn)大大限制了其應(yīng)用范圍。將金屬納米粒子與纖維素纖維進(jìn)行復(fù)合來(lái)制備功能材料，通過(guò)改變金屬納米材料的種類，含量及調(diào)控復(fù)合條件及工藝，有望得到新型功能纖維復(fù)合材料。
　　本論文在NaOH/尿素水溶液體系中采用簡(jiǎn)單溫和的工藝，

2、通過(guò)原位還原的方法制備得到系列金屬納米粒子/棉纖維復(fù)合材料，并在此基礎(chǔ)上對(duì)金屬納米粒子/棉纖維復(fù)合材料進(jìn)行炭化，得到相應(yīng)的炭系復(fù)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(duì)得到的復(fù)合材料進(jìn)行了形貌、結(jié)構(gòu)和組成表征，并對(duì)樣品的磁性能、導(dǎo)電性能、抗菌性能、電磁性能及吸波性能等進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)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(guò)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(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能研究。結(jié)果表明，得到的復(fù)合材料均具有明顯的室溫鐵磁性，且溶液中的Ni2+濃度對(duì)復(fù)合材料中納米鎳的顆粒尺寸和形貌有顯著影響，進(jìn)而使復(fù)合材料的磁性、導(dǎo)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(fù)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(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)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(fù)合棉纖維直接抽濾成片狀材料，采用弓形法測(cè)試其吸波性能，結(jié)果表明，隨著復(fù)合材料中鎳含量的增加，其吸波性能依次增強(qiáng)。進(jìn)而，通過(guò)初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備得到阻抗?jié)u變的多層吸波材料，結(jié)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(fù)合材料在磁性材料，導(dǎo)電材料及電磁屏蔽和吸波材料等領(lǐng)域均具有很好的應(yīng)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(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能研究。結(jié)果表明，隨著溶液中Ag+濃度從0.005M增加到0.5M，復(fù)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(fù)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(jìn)行抗菌性能測(cè)試，結(jié)果表明，復(fù)合材料對(duì)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(qiáng)。該復(fù)合材料在導(dǎo)電、抗菌等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　　3.在上述工作基礎(chǔ)上，以鎳/棉纖維復(fù)合材料為前驅(qū)體，在H2/Ar氣氛下對(duì)其進(jìn)行高溫炭化得到相應(yīng)的鎳/碳復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能研究。結(jié)果表明，得到的復(fù)合碳材料均具有明顯的室溫鐵磁性，且前驅(qū)體中的鎳含量對(duì)鎳/碳復(fù)合材

7、料的磁性、導(dǎo)電性及其動(dòng)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(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)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(fù)合材料的電磁性能測(cè)試結(jié)果表明，隨著復(fù)合材料中鎳含量的增加，其吸波性能呈增大趨勢(shì)，Ni/C-1.0的吸波效果最好，其RL值在5.4GHz處高達(dá)-42.8dB。該復(fù)合材料在磁性，導(dǎo)電及電磁