仿生層狀納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、貝殼和牙齒等天然生物材料具備優(yōu)異的力學(xué)性能，通過仿生方法來制備高性能的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料一直是材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿和研究熱點(diǎn)。貝殼由大量無機(jī)物及少量蛋白質(zhì)或糖類有機(jī)物組成，其獨(dú)特力學(xué)性質(zhì)與其珍珠母層的層狀微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，目前國際上已發(fā)展了多種不同的技術(shù)用來模擬貝殼珍珠母層的微觀結(jié)構(gòu)，通過不同的微米和納米結(jié)構(gòu)組裝單元來制備具備較高力學(xué)性能的納米復(fù)合材料材料，如何提高有機(jī)-無機(jī)界面的結(jié)合和提高復(fù)合材料材料的力學(xué)性能一直是一個(gè)挑戰(zhàn)性的研究課題

2、。本論文中利用納米層狀蒙脫土為無機(jī)物，蠶絲和殼聚糖生物大分子為有機(jī)物，采用靜電層層組裝、真空抽濾和高壓壓制等多種方法制備了系列新型的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料。通過多種實(shí)驗(yàn)表征技術(shù)研究了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能、無機(jī)納米材料對生物大分子結(jié)構(gòu)以及有機(jī)-無機(jī)界面相互作用的影響，探索了制備高性能生物納米復(fù)合材料的有效途徑。論文主要內(nèi)容包含以下三部分:
　　 一:絲素蛋白/蒙脫土仿生層狀納米復(fù)合材料的制備及性能研究。
　　 采用靜電層層

3、自組裝方法成功制備了絲素蛋白/蒙脫土納米復(fù)合材料，材料的重量及厚度隨層數(shù)增加呈直線遞增趨勢，且在絲素蛋白等電點(diǎn)以下制備的復(fù)合材料的增加趨勢更明顯。采用真空抽濾方法，首次成功制備了絲素蛋白/蒙脫土層狀納米復(fù)合材料。TGA實(shí)驗(yàn)顯示在絲素蛋白等電點(diǎn)以下所制備的復(fù)合材料中無機(jī)物含量為57％，復(fù)合材料的質(zhì)量在同等條件下比等電點(diǎn)以上所制備的材料要多16倍。XRD實(shí)驗(yàn)測得蒙脫土層間距是1.89 nm。13C-CP/MAS NMR實(shí)驗(yàn)顯示復(fù)合材料中絲素

4、蛋白構(gòu)象發(fā)生由無規(guī)構(gòu)象向β-折疊的明顯轉(zhuǎn)變，擬合結(jié)果表明構(gòu)象轉(zhuǎn)變含量約為34％，同時(shí)溫度調(diào)制熱分析(TOPEM)實(shí)驗(yàn)顯示復(fù)合材料中絲素蛋白運(yùn)動受限，玻璃化轉(zhuǎn)變被抑制。
　　 二:殼聚糖/蒙脫土仿生層狀納米復(fù)合材料的制備及性能研究。
　　 通過模擬層狀沉積巖的固化沉積原理，采用真空抽濾結(jié)合高壓壓膜方式首次制備了致密的殼聚糖/蒙脫土層狀納米復(fù)合材料。XRD測得蒙脫土層間距為2.10nm，在蒙脫土片層之間形成了兩層殼聚糖分子的

5、堆積插層結(jié)構(gòu)。TGA實(shí)驗(yàn)表明蒙脫土含量可高達(dá)79％。掃描電鏡觀察到層狀結(jié)構(gòu)中的空隙缺陷明顯降低，成功獲得了高度致密的層狀結(jié)構(gòu)。相比僅由真空抽濾方法得到的復(fù)合材料，經(jīng)高壓作用后材料的彈性模量及拉伸強(qiáng)度分別提升5.9倍和2.5倍。固體NMR實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過高壓作用后，復(fù)合材料中聚合物的微觀構(gòu)象并未發(fā)生明顯改變。
　　 三:利用多種高分辨固體NMR實(shí)驗(yàn)技術(shù)首次詳細(xì)研究了pH值對殼聚糖分子微觀構(gòu)象及動力學(xué)行為的影響，結(jié)果表明采用在高pH值條