【摘要】：智能響應型低維固體材料是指對于外部刺激(如力、熱、光、電、磁場以及濕度等的刺激)具有一定的感知,并產(chǎn)生自適應響應或發(fā)生能量轉(zhuǎn)換(如表現(xiàn)出相應的力學、電學、熱學、光學、磁學及化學性能變化)的一類固體材料。隨著材料科學技術的發(fā)展,對其功能性的要求也越來越高。開發(fā)和設計智能響應型低維固體功能材料已成為拓展納米材料功能性應用的重要研究領域。然而,探索更為高效、精確、可控的表界面調(diào)控手段,以提升材料的智能響應性能仍是目前低維固體功能材料領域所面臨的主要挑戰(zhàn)。其中,最為關鍵的是發(fā)展更為溫和、簡便、綠色的材料制備技術與調(diào)控技術�；谝陨戏治�,優(yōu)化低維固體材料的綠色合成技術、利用表面修飾及界面工程策略調(diào)控低維固體材料表界面結構,有望成為構筑特定結構的功能性納米材料的一種行之有效的途徑。本文從低維固體材料的合成及應用的角度出發(fā),通過表面修飾、界面工程調(diào)控等策略對合成的低維固體材料進行功能化處理,獲得了智能響應型低維固體材料,并在此基礎上對其性能及相關器件進行了研究和開發(fā)。作者合成了零維的量子點材料、二維的納米片材料,通過光輔助表面刻蝕、界面調(diào)控的策略,研究了低維固體材料的智能響應性能,并開發(fā)了外場感應的相關器件。此外,作者在功能導向型低維固體材料的綠色化、宏量化制備方面開展了部分探索性的研究。圍繞表界面調(diào)控智能響應型低維固體材料及應用這一主題,主要研究內(nèi)容安排如下:1.作者提出了界面工程調(diào)控策略構建濕敏響應的致動器與傳感器,基于氧化石墨烯納米片的濕敏特性實現(xiàn)了一種氧化石墨烯/乙基纖維素雙層膜的濕敏響應的致動器與傳感器。在此雙層膜致動器結構中,作者優(yōu)化了氧化石墨烯與乙基纖維素之間的界面接觸,利用界面之間化學鍵的結合,使得構建的雙層膜致動器兼具良好的機械強度和韌性。由于氧化石墨烯較好的吸濕特性,伴隨著較大的體積膨脹,引起雙層膜致動器對于濕度變化超過90度彎曲的較大響應。將此致動器與壓電探測器薄膜耦合,制成了具有較好可逆性的濕敏壓電傳感器。壓電傳感器的輸出電壓信號可以達到0.1 V左右,且具有良好的可逆性能。2.作者提出了表面修飾與界面工程調(diào)控協(xié)同策略構建光敏響應的致動器,基于碳納米管的光敏熱效應實現(xiàn)了一種氧化石墨烯碳納米管/乙基纖維素光敏響應的致動器。在此光敏響應的致動器中,作者對碳納米管進行表面處理之后,將碳納米管引入氧化石墨烯/乙基纖維素雙層膜的氧化石墨烯層,利用碳納米管具有很好的光吸收能力并能將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能,以及兩層膜的熱膨脹系數(shù)的差異,制備出了光敏致動器。我們將此致動器制成了具有不同功能的器件。我們期望多響應性的致動器及相關器件在各種多功能納米系統(tǒng)中得到應用并能服務于智能設備領域。3.作者提出了表面修飾策略構建光敏響應的智能材料的方法,制備了一種三明治結構的二維納米片,基于二維三明治結構對光生載流子分離的促進作用,實現(xiàn)了高效的光響應行為。作者利用紫外光輔助刻蝕的方法對二維納米片材料進行表面處理,制備了一種三明治結構的二維固體材料。在可見光的照射下,該二維三明治結構能夠形成穩(wěn)定的內(nèi)建電場,促進光生電子和空穴的有效分離。同時,尺寸限域效應有效增加二維材料的載流子濃度。該項研究對于發(fā)展二維三明治結構材料的應用以及拓展二維材料在光催化領域的應用將起到積極的推進作用。4.作者制備了一種具有快速光致變色響應的氧化鎢量子點智能材料,并且實現(xiàn)了其綠色化、宏量化制備。該材料分散在水中可以得到完全無色、澄清、透明的溶液,在太陽光下照射10～20秒即可變?yōu)槊髁恋乃{色,遮光3～5分鐘即可恢復原始無色狀態(tài)。所制備的光致變色玻璃,在無色狀態(tài)時玻璃的透光率良好,可以透過玻璃清晰地看到另一側的物體,著色狀態(tài)時,玻璃顏色變?yōu)樗{色,透光率有所減弱,但是仍然保持了原有的通透性。該技術領先現(xiàn)有氧化鎢光致變色材料,并有望部分取代現(xiàn)有的氧化鎢光致變色材料技術,在汽車車窗以及建筑玻璃等透光系統(tǒng)上得到應用。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB381
【圖文】：

電納米發(fā)電機和摩擦納米發(fā)電機兩類【２５，２６］。２００６年，美國佐治亞理工學院王中逡逑林教授團隊首先提出了自驅(qū)動納米技術，他們利用氧化鋅納米線陣列壓電效應和逡逑半導體特性將機械能轉(zhuǎn)化為電能，為自驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)了納米發(fā)電機（如圖１．１ａ所逡逑示）［２５］。隨后，該團隊將鍍有金屬電極的聚酰亞胺薄膜與聚對苯二甲酸乙二醇薄逡逑膜貼合組成納米摩擦發(fā)電機，外力作用導致薄膜發(fā)生形變，雙層膜之間的相互摩逡逑擦產(chǎn)生電能并經(jīng)由外電路輸出（如圖１．１ｂ所示）。隨著科技的進步，人類的腳步逡逑從陸地不斷地涉足到海洋，開發(fā)具有高靈敏度的波浪傳感器用于監(jiān)測海浪與海上逡逑平臺、船舶等海洋設備，提高海洋工程裝備對環(huán)境的智能感知能力，對于人類探逡逑２逡逑

率［２９］；邋（ｃ）具有有效過熱保護功能的電解質(zhì)的溶膠態(tài)和凝膠態(tài)［Ｍ］。逡逑感知外界溫度的變化，通過熱致變色樹脂的顏色變化和導電聚合物的電阻變化直逡逑觀的顯示出來（如圖１．２ａ所示）［２８］。此外，寧波材料所的智能高分子材料團隊和逡逑結構與功能一體化團隊共同開發(fā)了一種二氧化碳－溫度雙重響應型智能材料，由逡逑于該材料中的組分會隨溫度的變化發(fā)生伸展和收縮效應，使得該材料擁有一個低逡逑臨界溶液溫度，當溫度低于該溫度時，溶液透光率降低，當溫度高于該溫度時，逡逑溶液透光率增加，基于此材料得到的溶液的透光率能夠感知溫度的變化而發(fā)生可逡逑逆的變化（如圖１．２ｂ所示）Ｍ。除了溫敏傳感器之外，溫度驅(qū)動響應型低維固逡逑體材料在電化學儲能器件如鋰離子電池和超級電容器等的電解質(zhì)中也有用武之逡逑地。美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授課題組研制出一種發(fā)熱自保護的智逡逑能溫敏電解質(zhì)，該團隊將具有可逆溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變的熱塑性彈性體應用到電池的逡逑電解液中，在安全工作溫度下電解質(zhì)為溶膠狀態(tài)，電池可以正常工作，當溫度高逡逑于安全工作溫度時

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2 周益明,葉向榮,李道華,忻新泉;XRD譜研究擴散控制的固-固相反應[J];高等學�；瘜W學報;1999年03期

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本文編號：2738402