在磁場作用下,磁性納米粒子具有從無序到有序的排列特性,即磁致取向特性。依據(jù)這一特性,可將磁性粒子制備成具有光子晶體、液晶或其他功能特性的光學(xué)材料。因此,利用天然納米礦物獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì),研究制備具有一維、二維結(jié)構(gòu)特征的各向異性磁性納米粒子,同樣可獲得具有獨(dú)特性能的光學(xué)功能材料。本論文以一維納米礦物凹凸棒石(ATP)、海泡石(Sep)及二維納米礦物蒙脫石(Mt)三種礦物材料為基元,以鐵鹽為磁源,以聚乙烯亞胺(PEI)為表面修飾劑,通過共沉淀法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的ATP@Fe_3O_4納米棒、Sep@Fe_3O_4納米線和均勻沉積結(jié)構(gòu)的Mt@Fe_3O_4納米片。所得的ATP@Fe_3O_4、Sep@Fe_3O_4和Mt@Fe_3O_4均具有超順磁性,可在磁場作用下沿磁場方向取向,并產(chǎn)生即時可逆的響應(yīng)。這三種磁性復(fù)合礦物材料可以分散在0.001 mol/L的稀酸溶液中,形成穩(wěn)定的膠體。這些穩(wěn)定的膠體在外加磁場作用下產(chǎn)生相似的具有布拉格衍射效應(yīng)的磁控液晶相,它們的光學(xué)性質(zhì)受到磁場強(qiáng)度、磁場方向和固含量的影響。這三種液晶因其結(jié)構(gòu)基元的形貌不同(棒狀、纖維狀和片狀),在取向結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)上也表現(xiàn)出差異。在外加磁場作用下,ATP@Fe_3O_4和Sep@Fe_3O_4在固體基底上可以形成一維有序結(jié)構(gòu),而蒙脫石@Fe_3O_4可以形成二維有序結(jié)構(gòu)。ATP@Fe_3O_4和Mt@Fe_3O_4膠體在濃度為0.0125 mg/mL時在固體基質(zhì)上取向可得到絢麗的布拉格衍射光,而Sep@Fe_3O_4不能。三者液晶的透光率也存在差異,ATP@Fe_3O_4優(yōu)于Mt@Fe_3O_4,Mt@Fe_3O_4優(yōu)于Sep@Fe_3O_4。研究結(jié)果表明,通過在ATP、Mt和Sep的表面上組裝Fe_3O_4納米粒子,可以獲得具有液晶和光子晶體特性的ATP@Fe_3O_4、Mt@Fe_3O_4和Sep@Fe_3O_4無機(jī)光功能材料,該類材料在顯示器件、光子開關(guān)等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

伸的 TOT 型“I 束”，其寬度約為 18 。相鄰的 TO在惰性氧相對的位置形成沿 c 軸貫通的寬大通道，約有水分子。[SiO4]四面體共角頂構(gòu)成六元環(huán)狀分布在面體共棱連接成層，所以凹凸棒石兼具鏈狀和層狀兩被稱為凹凸棒石，國內(nèi)在文獻(xiàn)和研討會上常�；煊谩＝粨Q性能，但比蒙脫石的低；具有強(qiáng)大的吸附功能，大大增大了凹凸棒石的比表面積(王愛勤 etal.,2014晶束解離及其納米功能復(fù)合材料》中指出，熱液蝕變好，纖維長，通常被稱為坡縷石；而沉積型產(chǎn)物外觀，含鐵量高，被稱為凹凸棒石(王愛勤 etal.,2014)�！栋纪拱羰艟怆x及其納米功能復(fù)合材料》中所該類短棒晶礦物統(tǒng)一稱為凹凸棒石。

圖 1-2 Cu2O-ATP/RGO 制備過程示意圖 (張素素, 2015)王愛勤、張俊平課題組(Zhang et al., 2016)研制了一種具有強(qiáng)烈藍(lán)色光澤溶劑變色自清潔顏料，該顏料采用聚硅氧烷改性凹凸棒石（PAL@POS）紫內(nèi)酯（CVL）固相研磨結(jié)合制得。PAL@POS 的羥基與 CVL+的羧酸基氫鍵是藍(lán)色的來源，溶劑蒸汽對氫鍵的破壞導(dǎo)致涂層迅速變色，而顏料中蒸發(fā)，通過還原 PAL@POS 與 CVL+之間的氫鍵，使原顏色完全恢復(fù)。溶性、氫鍵能力和揮發(fā)性決定了顏料的溶劑致變色性能。PAL@POS/CVL 有高可逆性和由各種溶劑的蒸氣誘導(dǎo)的有色和無色狀態(tài)之間的快速切換性。同時，該涂料具有超疏水性和良好的自清潔性能，在不同環(huán)境中具有性。PAL@POS/CVL 顏料的制備過程示意圖和在丙酮蒸汽中的溶劑致變見下圖 1-3 所示。顏料中的 CVL 含量是可控的，最高可達(dá) 4.8wt%。

圖 1-3 PAL@POS/CVL 顏料的制備過程示意圖和在丙酮蒸汽中的溶劑致變色性能(Zhang etal., 2016)中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）王群英課題組(孫露, 2013)以凹凸棒石為模板，采用模板法和水熱法相結(jié)合的方式合成了非晶態(tài)的碳納米管，同時也采用模板法和溶膠凝膠法相結(jié)合的方式合成了 TiO2納米管，為凹凸棒石的深加工和利用開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。1.2.2 海泡石海泡石的分子式為 Mg8[Si6O15]2(OH)4 12H2O ，屬于斜方晶系，空間群為Pncn(no.52)；a=13.40 ，b=36.80 ，c=5.28 ，α=γ=β=90 ，Z=2(秦善，2011)。晶體結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示，與凹凸棒石的結(jié)構(gòu)基本相似，不同之處在于：成分上，海泡石的 Mg 和 H2O 含量比凹凸棒石更高；在結(jié)構(gòu)上，海泡石的 TOT 型“I 束”寬度更大，約為 27 ，貫通性通道的橫截面積也比凹凸棒石的大，大約為 3.7

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1 王丹;劉傳勇;龍s

本文編號：2817652