氣凝膠是一種輕質(zhì)、多孔材料,具有高孔隙率、高比表面積、低密度等特點(diǎn),在建筑保溫、運(yùn)輸貯藏、污染吸附、催化和電池等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,氣凝膠在應(yīng)用過程中,應(yīng)當(dāng)具備一些特殊功能,如自修復(fù)、阻燃和氣體敏感等性質(zhì)。具有自修復(fù)性質(zhì)的氣凝膠能夠修復(fù)其破損處,恢復(fù)使用價(jià)值;具有阻燃性質(zhì)的氣凝膠能夠降低火災(zāi)的發(fā)生率與烈度;而具有氣體敏感性質(zhì)的氣凝膠能夠被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測。因此,設(shè)計(jì)多功能氣凝膠具有廣闊的市場價(jià)值和應(yīng)用前景。本論文通過在氣凝膠中引入可逆的靜電作用,賦予氣凝膠自修復(fù)、阻燃和氣體敏感等特殊性質(zhì),并研究了氣凝膠的結(jié)構(gòu)與其特殊性能之間的關(guān)系。具體研究內(nèi)容如下:我們在衣康酸（IA）水溶液中引入殼聚糖（CS）,冷凍干燥后形成CSA復(fù)合氣凝膠�；跉ぞ厶堑奶厥庑再|(zhì)和氨基與羧基間的相互作用,本設(shè)計(jì)在殼聚糖復(fù)合氣凝膠中構(gòu)筑了可逆靜電作用,不僅可以賦予殼聚糖復(fù)合氣凝膠輕質(zhì)低導(dǎo)熱的性質(zhì),還可實(shí)現(xiàn)氣凝膠的自修復(fù)性和可循環(huán)性性。研究發(fā)現(xiàn):改變靜電交聯(lián)密度可以調(diào)控氣凝膠的力學(xué)性能。當(dāng)CSA-4氣凝膠中氨基與羧基的摩爾比逐漸從2:1轉(zhuǎn)變?yōu)?:2時(shí),氣凝膠的壓縮應(yīng)力也0.41MPa升高到0.57MPa。此外,通... 

【文章來源】：四川師范大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

一些自修復(fù)機(jī)制的示意圖（藍(lán)色為動態(tài)共價(jià)鍵，綠色為可逆非共價(jià)鍵）

1.緒論3聚物[25,26]，通過誘導(dǎo)發(fā)生有效的線型鏈延長和最小化的側(cè)鏈環(huán)化，從而實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。2018年，日本東京大學(xué)的相田卓三等[23]首次報(bào)道了可自動修復(fù)的硬質(zhì)聚合物玻璃。如圖1.2所示，他們在聚合物分子鏈中引入具有氫鍵相互作用的硫脲。當(dāng)材料損傷后，破損界面處分子鏈間的氫鍵斷裂。一旦在室溫條件下將斷裂的玻璃對接，數(shù)小時(shí)后，分子鏈間的氫鍵作用又重新形成，材料再次成為統(tǒng)一整體，并且不會改變其透明性質(zhì)�；跉滏I作用的自修復(fù)聚合物正在不斷發(fā)展。通過外界引入可逆的氫鍵作用也可賦予材料以自修復(fù)性。2019年，Guadagno等[27]分別采用可作為氫鍵供體的巴比妥酸和氫鍵受體的胸腺嘧啶對多壁碳納米管進(jìn)行了功能化，并將功能化多壁碳納米管嵌入橡膠增韌環(huán)氧樹脂中，從而利用可逆氫鍵作用將自修復(fù)功能轉(zhuǎn)移到熱固性樹脂中。結(jié)果顯示，修復(fù)24小時(shí)后，材料的自修復(fù)效率超過50%�？偟膩碚f，氫鍵適用于極性聚合物材料�；跉滏I的自修復(fù)材料具有低溫可修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，但其也具有修復(fù)強(qiáng)度較低、修復(fù)時(shí)間長等不足。此外，由于氫鍵具有飽和性，材料的截?cái)嗝嫖账只蜷L時(shí)間暴露于空氣中都會降低修復(fù)效果。圖1.2硫脲和尿素的氫鍵模式的示意圖[23]。Figure1.2SchematicrepresentationsoftheH-bondingmodesofthioureaandurea[23].（2）靜電作用（離子鍵）聚合物體系中具有異種電荷的聚合物鏈段或單體可以通過靜電吸引實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。聚合物材料中引入離子鍵或靜電作用，可以促使材料具備自修復(fù)性。具體來說，與氫鍵類似，在外界刺激下，靜電作用容易破壞和重組，同時(shí)聚合物鏈遷移，從而實(shí)現(xiàn)破損聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)。

四川師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4Lu等[28]研究了一種由聚（2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸）（PAAMPSA）、聚苯胺（PANI）和植酸（PA）組成的新型再生高分子復(fù)合物。去質(zhì)子聚電解質(zhì)、摻雜導(dǎo)電聚合物和多價(jià)陰離子在周圍環(huán)境條件下（無需外界刺激，如熱、光、力等），通過氫鍵和靜電相互作用，協(xié)同構(gòu)建了聚合復(fù)合物的再生動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，使其具有超高的延展性（1935%）和可重復(fù)的自愈性（重復(fù)修復(fù)效率＞98%），如圖1.3。圖1.3通過氫鍵和靜電相互作用自愈過程示意圖[28]。Figure1.3Adiagramoftheprocessofself-healingthroughhydrogenbondandelectrostaticinteraction[28].通過利用兩性聚電解質(zhì)間的靜電作用也可用來制備具有自修復(fù)功能的水凝膠。Yang等[29]通過帶正電的Ln(dpa)3-tpy-mim2（dpa=2,6-吡啶二甲酸，Ln=Eu3+，tb3+）與帶負(fù)電的粘土納米片之間的靜電相互作用，制備了一系列在水的條件下穩(wěn)定的、可調(diào)色的、可自修復(fù)的發(fā)光水凝膠。Tamesue等[30]利用的帶正電ABA三嵌段共聚物作為線性聚合物粘合劑，與帶負(fù)電的粘土納米片（CNSs）結(jié)合，通過靜電作用在水中構(gòu)建良好的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提供了具有優(yōu)異力學(xué)性能的高含水量可塑超分子水凝膠，如圖1.4a所示。若將新的破壞斷面接觸，在靜電作用的促進(jìn)下，水凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)在室溫環(huán)境下的快速自修復(fù)。值得注意是，研究者發(fā)現(xiàn)該水凝膠還具有形狀記憶功能，如圖1.4b。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3120403