本文選題：生物啟發(fā)的 + 人工貝殼　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：本論文綜述了仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)材料組裝的研究進(jìn)展,總結(jié)了常見的組裝方法、組裝原理及仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展趨勢。在前人研究工作的基礎(chǔ)上,本論文結(jié)合有機(jī)基質(zhì)對無機(jī)組裝單元的親和識別作用及無機(jī)組裝單元間的協(xié)同增韌作用,分別以氧化石墨烯納米片、粘土片、文石片、硅酸鈣納米纖維為無機(jī)組裝單元,將其與糯米湯、淀粉及聚乙烯醇等有機(jī)基質(zhì)共組裝制備了一元、二元、三元柔性仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜,并對這種仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的組裝機(jī)理和力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和探討。取得的具體研究結(jié)果如下:1、發(fā)展了通過真空抽濾方法大面積組裝制備一元柔性仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯(GO)膜的技術(shù),通過多巴胺(DA)還原和修飾在石墨烯(rGO)膜表面原位生長了高分散性的銀納米顆粒。利用DA的自聚合反應(yīng),GO膜被還原成rGO膜同時(shí)其表面被聚多巴胺分子修飾,聚多巴胺分子可以作為還原劑和結(jié)合位點(diǎn)在rGO膜表面原位生長單層銀納米顆粒。這種球形銀納米顆粒的粒徑分布范圍較窄,平均粒徑約為80nm,且其在rGO膜表面的覆蓋密度可控制。這種柔性的rGO/Ag復(fù)合膜具有增強(qiáng)的抗大腸桿菌的活性及對羅丹明分子高靈敏性的表面增強(qiáng)拉曼光譜響應(yīng)。2、制備了粘土片(MTM) /糯米湯(SRS)仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀復(fù)合薄膜。在該復(fù)合薄膜中,MTM納米片與SRS中的有機(jī)基質(zhì)緊密相連,且取向高度有序、層層堆積。通過溶劑蒸發(fā)的方法組裝的仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀薄膜的拉伸強(qiáng)度為126.6 ±5.1 MPa,楊氏模量為 9.0 ±0.3 GPa,韌性為 1.81 ±0.1 MJm~(-3)。而通過真空抽濾獲得的復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度為103.9 ± 3.5 MPa,楊氏模量為5.9 ± 0.15 GPa,韌性為1.17 ± 0.08 MJ m~(-3)。溶劑蒸發(fā)的方法制備的復(fù)合薄膜的力學(xué)性能稍微優(yōu)于真空抽濾的方法制備的復(fù)合薄膜。這可能是溶劑蒸發(fā)方法制備的薄膜的層狀結(jié)構(gòu)更致密,且有機(jī)基質(zhì)含量稍高一些所致。我們通過溶劑蒸發(fā)方法組裝的仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀復(fù)合薄膜的力學(xué)性質(zhì)與天然貝殼(拉伸強(qiáng)度80~(-1)35 MPa,韌性為1.81 MJ m~(-3))相當(dāng),但該復(fù)合膜具有更好的柔韌性。3、發(fā)展了真空抽濾法制備柔性粘土片/聚乙烯醇/硅酸鈣納米纖維(MTM/PVA/NFX)仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的技術(shù)。這種層狀的人工復(fù)合薄膜是通過1D的NFX網(wǎng)狀層和2D的MTM納米片層交替堆積而成,其層間距可調(diào)且聚合物填充含量低。該MTM/PVA/NFX復(fù)合薄膜具有強(qiáng)度高(241.8 ± 10.2 MPa)及韌性好(5.85 ± 0.46 MJ m~(-3))的特點(diǎn)。其數(shù)值比NFX網(wǎng)狀薄膜(8.0 ± 2.3 MPa,0.69 ± 0.12 MJ m~(-3))和 MTM/PVA 復(fù)合薄膜(70.7 ± 8.3 MPa, 5.23 ± 0.54 MJ m~(-3))高出數(shù)倍,并且優(yōu)于天然貝殼(80~(-1)35 MPa)和其他傳統(tǒng)的MTM/聚合物復(fù)合薄膜。這種基于組分間協(xié)同增強(qiáng)的組裝方案為設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜提供了一種簡單的方法。該柔性復(fù)合膜可望應(yīng)用于功能涂層、組織工程等領(lǐng)域。4、發(fā)展了真空抽濾自組裝技術(shù)構(gòu)建粘土片/淀粉/文石片(MTM/Starch/Aragonite)仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜。研究了這種三元層狀有序結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜組分間的協(xié)同力學(xué)增強(qiáng)性質(zhì)。該層狀人工復(fù)合薄膜通過文石片與粘土片交替堆積的,并與淀粉分子強(qiáng)烈的鍵合作用被緊密的連接在一起。這種典型的MTM/Starch/Aragonite仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的最大拉伸應(yīng)力為228.1 ±14.8 MPa,對應(yīng)的韌性為3.2 ±0.2 MJ m~(-3)。相比較于文石片/淀粉層狀結(jié)構(gòu)薄膜(80.7±8.1 MPa, 0.89 ±0.05 MJm~(-3))、粘土片/淀粉層狀結(jié)構(gòu)薄膜(148.4 ± 10.7 MPa, 1.6 ±0.1 MJ m~(-3))及天然貝殼(80~(-1)35 MPa, 1.8 MJ m~(-3)),這種層狀三元結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜體現(xiàn)出了明顯的協(xié)同增強(qiáng)力學(xué)效果。這種基于不同組裝單元間協(xié)同增強(qiáng)的組裝方案為設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型仿貝殼層狀多級結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜提供了一種簡單的方法。
[Abstract]:This paper reviews the research progress on the assembly of shell - like layered multi - stage structure materials , summarizes the common assembly methods , the principle of assembly and the development trend of shell - like layered multi - stage structure materials . The results are as follows : 1 . The composite films prepared by vacuum suction filtration method are characterized by the following : 1 . The composite films prepared by vacuum suction filtration have a tensile strength of 106.9 鹵 3.5 MPa , Young ' s modulus of 5.9 鹵 0.15 GPa and toughness of 1.17 鹵 0.08 MJ m ~ ( -3 ) . The mechanical properties of composite films prepared by solvent evaporation are slightly better than those of vacuum filtration . This paper presents a simple method for the design and construction of a novel composite film with shell - like layered structure .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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6 司e，

本文編號：1818272