【摘要】：材料科學家一直在努力制備各種高強功能材料來滿足實際應用的各種需求。相比于合成材料,自然界在進化中已經產生了許多由相對柔弱的組分按照一定的復雜等級結構組裝成堅固的生物材料,并且這些生物材料通常兼?zhèn)涠喙δ苄缘奶攸c。因此,堅固的生物材料系統(tǒng)由于其多種多樣的等級結構和卓越的性能而越來越受到研究者的關注,為制備下一代先進功能材料提供了豐富的靈感。在此類堅硬的生物材料中,作為軟體動物保護外殼的主要成分而存在的貝殼珍珠層,由于其表現出完美的“磚泥”微觀體系結構,優(yōu)異的機械力學性能,和光彩奪目的結構色,而成為最受歡迎的人造先進材料設計模型之一。本論文著眼于貝殼模型,首先介紹了貝殼的結構和其性能之間的關系,總結以貝殼為模型制備仿生人造材料的基本原則。我們運用適當的結構組裝單元和體系,并采用合適的組裝制備方法,成功制備了幾種有序復合材料,并研究其功能與結構的關聯性。具體研究結果總結如下：1.利用層層組裝技術,以離子團簇和蛋白質為組裝單元制備了超薄雜化復合膜。這種團簇-蛋白質雜化膜表現出良好的結構均勻性,良好的光學透明性和明亮的藍色熒光。這些雜化膜相比于純的BSA蛋白質膜,在力學性能上有著明顯的提升,即：硬度(H)和折減楊氏模量(Er)分別提升高達70%和100%。研究發(fā)現,這樣的增強效果與這些團簇本身的內在結構及其和蛋白質的相互作用力大小相關。由于這些雜化膜的高透明性和優(yōu)異的機械性能,這些雜化膜將來或許可以在生物醫(yī)學涂層上有著潛在的應用。2.利用氧化石墨烯(GO)納米片和層狀雙氫氧化物(LDHs)納米片作為結構組裝單元,通過層層組裝技術制備了全無機成分的雜化涂層。制備出的仿貝殼雜化涂層表現出高的楊氏模量(-18 GPa)和硬度(-0.68 GPa)。該層狀GO-LDH雜化涂層具有與天然貝殼類似的彩虹色外觀,并表現出優(yōu)異的防火阻燃性能。這種類貝殼結構的全無機GO-LDH雜化涂層有可能應用于防火阻燃材料。這項工作拓寬了GO-LDH雜化系統(tǒng)的應用,并給制備類貝殼結構超硬功能性涂層材料提供了一個新的研究方向。3.利用粘土、殼聚糖和纖維素納米纖維成功制備了仿貝殼結構的有機無機雜化薄膜�；谏鲜鰧φ惩�-殼聚糖納米復合材料的研究,我們將一維纖維素納米纖維引入到該二元雜化體系中,制備出具有層狀結構的三元納米復合材料。我們詳細研究了纖維素納米纖維對這種三元復合材料的力學性能的影響。研究表明,在含有適量的纖維素納米纖維情況下,該三元雜化膜的力學性能在拉伸強度,韌性和硬度比二元雜化膜均有明顯的改善。3.在乙二胺/水二元混合溶劑體系中,通過簡單的溶劑熱反應制備了CoGeO3(en)0.5雜化材料納米線,并以其為模板制備了CoGeO3納米線。這種新的雜化材料由于引入了乙二胺分子,其光學和磁學性質與純無機CoGe03納米線有著顯著的不同。將CoGeO3(en)0.5雜化納米線作為有效前驅物通過簡單的熱分解過程,可以制備出純無機CoGeO3納米線。此外,還研究了CoGeO3(en)0.s雜化納米線和CoGeO3納米線的電化學和氧氣還原反應的電催化性質。
【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】：2015
【分類號】：TB383.1
【圖文】：

逑和柱狀貝殼（腹足類和頭足綱類）。［９］這兩種貝殼結構均由文石片（大概直徑５－１５逡逑ｕｍ，厚度０．５邋ｕｍ），有機基體和嵌在基體中的礦物橋組成（圖１．２）。［Ｗ具體來逡逑說，在板狀貝殼中，碳酸巧片隨機的堆積在一起，并且新的文石片在老碳酸巧片逡逑層上面繼續(xù)生長Ｗ形成一個新的連續(xù)的無機層（從上面看起來有點像臺階，圖逡逑１．化）。而在柱狀貝殼中，文石片是非常規(guī)整地沿著Ｚ軸堆積形成一個柱子，逡逑并且新的文石片是在柱子的上方中也處繼續(xù)生長出來（從上往下看起來像塔陣逡逑列，圖１．２ｃ）。心Ｕ］然而，成熟的片狀貝殼和柱狀貝殼都是擁有一個相似的層狀逡逑結構（圖１．２ｄ，ｅ），也就是說，文石片層被有機層橫向的分開，并且片之間由有逡逑機層的缺口垂直連接起來。到目前為止，對層狀文石晶體層形成產生k幌斕目贍苠義弦蛩匕ㄓ謝迥０宓骺�，无机矿五|諾吶ǘ齲郟ⅲ椋椋螅萏妓崆傻腦こ珊�，辶x戲薔妓崆桑ǎ粒茫茫┑木奐

本文編號：2742453