本文關(guān)鍵詞：層層組裝構(gòu)筑水滑石基復(fù)合薄膜：組裝驅(qū)動(dòng)力調(diào)控及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：層層組裝法是一種基于弱相互作用將不同構(gòu)筑基元交替組裝,構(gòu)筑有序復(fù)合超薄膜的重要成膜技術(shù)。在過去幾年中,基于層層組裝技術(shù)構(gòu)筑的層狀雙金屬氫氧化物(又稱水滑石,LDHs)復(fù)合功能薄膜材料在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值,如減反射涂層、電化學(xué)儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)換、熒光傳感以及藥物緩/控釋體系等。然而,前期研究工作主要基于靜電相互作用,將剝層后帶正電荷的LDHs納米片與帶負(fù)電荷的聚電解質(zhì)進(jìn)行組裝,成膜驅(qū)動(dòng)力比較單一,限制了組裝基元的選擇,進(jìn)一步影響了其性能的發(fā)揮,阻礙了LDHs基復(fù)合功能薄膜材料的發(fā)展。因此,如何擴(kuò)展組裝驅(qū)動(dòng)力、豐富成膜構(gòu)筑基元種類、實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)化是目前設(shè)計(jì)和構(gòu)筑新型LDHs基功能薄膜材料面臨的重要難題。本論文選取LDHs為主體,聚異丙基丙烯酰胺、熒光聯(lián)苯衍生物、醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸鈉、聚丙烯酸、二氧化碳等為客體,基于不同相互作用力(靜電、氫鍵及共價(jià)鍵作用)進(jìn)行層層組裝,構(gòu)筑了一系列LDHs基功能薄膜材料。采用實(shí)驗(yàn)表征與理論計(jì)算相結(jié)合的手段研究LDHs基功能薄膜材料的構(gòu)筑機(jī)理、結(jié)構(gòu)特征和功能強(qiáng)化之間的科學(xué)規(guī)律,發(fā)展了一系列具有智能響應(yīng)、磁光各向異性及氣體阻隔性能的LDHs基復(fù)合薄膜材料。本工作為LDHs基復(fù)合薄膜材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究提供了新的思路,同時(shí)為新型LDHs基薄膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能強(qiáng)化奠定了一定的理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究內(nèi)容如下：1.基于氫鍵相互作用構(gòu)筑智能電化學(xué)開關(guān)薄膜采用層層組裝法,基于氫鍵相互作用將具有電化學(xué)活性的CoAl-LDH和溫敏聚合物聚異丙基丙烯酰胺(pNIPAM)交替組裝,構(gòu)筑了對溫度刺激具有可逆響應(yīng)的(LDH/pNIPAM)n薄膜材料,并通過對溫度的調(diào)變,實(shí)現(xiàn)了該薄膜對葡萄糖催化氧化過程的調(diào)控。(LDH/pNIPAM)n薄膜的厚度、表面粗糙度及浸潤性隨著溫度的改變可以發(fā)生可逆的變化。電化學(xué)催化氧化葡萄糖實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低溫時(shí)(LDH/pNIPAM)n薄膜電極對葡萄糖的催化氧化作用受到抑制,智能電極處于“關(guān)”的狀態(tài)；相反,高溫時(shí)可以有效的加速電極對葡萄糖的催化氧化,智能電極處于“開”的狀態(tài)。通過對照實(shí)驗(yàn),揭示了智能響應(yīng)機(jī)理：(LDH/pNIPAM)n薄膜中LDHs的二維有序結(jié)構(gòu)為電子傳遞提供了穩(wěn)定的微環(huán)境,同時(shí)避免了pNIPAM聚合物鏈段的纏繞團(tuán)聚,有利于電子輸出信號(hào)的放大或減弱。該工作實(shí)現(xiàn)了LDHs與溫敏聚合物之間的氫鍵組裝,為制備高靈敏、高穩(wěn)定的智能響應(yīng)薄膜材料提供了一種簡便高效的新方法。2.基于氫鍵與靜電作用力構(gòu)筑磁光各向異性薄膜選擇具有磁性的NiFe-LDH.熒光聯(lián)苯衍生物(BTBS)和聚乙烯醇(PVA)作為構(gòu)筑基元,層層組裝得到柔性透明的磁光各向異性自支撐(LDH/PVA/LDH/BTBS)n薄膜。NiFe-LDH與BTBS之間、NiFe-LDH與聚合物PVA之間分別為靜電及氫鍵相互作用。相比于無序團(tuán)聚LDH/PVA/BTBS磁光薄膜,該薄膜具有良好的二維有序性,其飽和磁化強(qiáng)度、熒光強(qiáng)度及熒光壽命均顯著增強(qiáng),且抗紫外老化能力明顯提升。最重要的是該自支撐薄膜表現(xiàn)出良好的磁和熒光的各向異性。該工作基于兩種驅(qū)動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)了多組分磁光各向異性薄膜的組裝,該薄膜在磁記錄、熒光顯示等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。3.基于氫鍵、氫鍵與靜電、靜電與共價(jià)鍵作用力構(gòu)筑氣體阻隔薄膜采用層層組裝技術(shù),將LDH納米片與醋酸纖維素(CA)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、聚丙烯酸(PAA)、CO2等作為構(gòu)筑基元,獲得了一系列高性能氧氣阻隔薄膜材料�；跉滏I作用,構(gòu)筑了(CA/LDH)n薄膜材料,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬表明,有序排列的LDHs納米片有效抑制了薄膜中氧氣分子的擴(kuò)散,并且通過調(diào)節(jié)LDHs的長徑比和體積分?jǐn)?shù)可以優(yōu)化該薄膜的氧氣阻隔性能；進(jìn)一步基于靜電和氫鍵兩種驅(qū)動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)了PSS、PVA和MgAl-LDH的層層組裝,獲得的(LDH/PSS)n-PVA復(fù)合薄膜表現(xiàn)出良好的氧氣阻隔性能,此外,該薄膜在濕度刺激下可以修復(fù)薄膜中的斷裂處,有效提升(LDH/PSS)n-PVA復(fù)合薄膜的氧氣阻隔穩(wěn)定性能；基于靜電和共價(jià)鍵作用實(shí)現(xiàn)了(LDH/PAA)n-CO2薄膜的組裝,C02氣體與LDH表面的相互作用可以有效填充薄膜中的自由體積,對氣體分子擴(kuò)散起到粘滯作用,有效提高了(LDH/PAA)n-CO2薄膜的氣體阻隔能力。該工作基于三種驅(qū)動(dòng)力,構(gòu)筑了具有優(yōu)異氣體阻隔性能的復(fù)合薄膜材料,在阻隔包裝材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：無機(jī)層狀材料 復(fù)合功能薄膜 層狀雙金屬氫氧化物 層層組裝 二維有序
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要6-10
• ABSTRACT10-23
• 第一章 緒論23-45
• 1.1 層層組裝技術(shù)23
• 1.2 層層組裝制備薄膜的發(fā)展23-35
• 1.2.1 層層組裝技術(shù)的概念23-24
• 1.2.2 層層組裝技術(shù)的優(yōu)勢24-26
• 1.2.3 層層組裝的組裝驅(qū)動(dòng)力26-30
• 1.2.3.1 基于靜電作用的層層組裝27-28
• 1.2.3.2 基于氫鍵相互作用的層層組裝28-29
• 1.2.3.3 基于其它作用力的層層組裝29-30
• 1.2.4 層層組裝薄膜的應(yīng)用30-35
• 1.2.4.1 層層組裝薄膜在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用30-32
• 1.2.4.2 層層組裝薄膜在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用32-33
• 1.2.4.3 層層組裝薄膜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用33-34
• 1.2.4.4 層層組裝薄膜在氣體阻隔和分離領(lǐng)域的應(yīng)用34-35
• 1.3 水滑石LDHs層狀材料35-36
• 1.3.1 二維結(jié)構(gòu)水滑石LDHs的概念35-36
• 1.3.2 LDHs復(fù)合薄膜的研究進(jìn)展36
• 1.4 LDHs復(fù)合薄膜的合成方法36-42
• 1.4.1 基于原位生長法構(gòu)筑的LDHs復(fù)合薄膜36-37
• 1.4.2 基于旋轉(zhuǎn)涂膜法構(gòu)筑的水滑石復(fù)合薄膜37-38
• 1.4.3 基于電化學(xué)合成法構(gòu)筑的水滑石復(fù)合薄膜38-39
• 1.4.4 基于層層組裝法構(gòu)筑的水滑石復(fù)合薄膜39-42
• 1.4.4.1 層層組裝LDHs復(fù)合薄膜在重金屬檢測方面的應(yīng)用40
• 1.4.4.2 層層組裝LDHs復(fù)合薄膜在光學(xué)方面的應(yīng)用40-41
• 1.4.4.3 層層組裝LDHs復(fù)合薄膜在電化學(xué)方面的應(yīng)用41-42
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容、目的和意義42-45
• 第二章 基于氫鍵層層組裝的溫敏電化學(xué)開關(guān)薄膜45-61
• 2.1 前言45
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分45-47
• 2.2.1 材料與試劑46
• 2.2.2 聚合物pNIPAM的合成46
• 2.2.3 CoAl-LDH膠體的合成46
• 2.2.4 (LDH/pNIPAM)_n復(fù)合薄膜的構(gòu)筑46-47
• 2.2.5 材料表征技術(shù)47
• 2.3 結(jié)果與討論47-59
• 2.3.1 組裝前體的結(jié)構(gòu)與形貌表征48-49
• 2.3.2 (LDH/pNIPAM)_n復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)形貌表征49-51
• 2.3.3 (LDH/pNIPAM)_n復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)形貌對溫度響應(yīng)的研究51-54
• 2.3.4 (LDH/pNIPAM)_n復(fù)合薄膜的電化學(xué)性質(zhì)對溫度的響應(yīng)54-56
• 2.3.5 (LDH/pNIPAM)_n復(fù)合薄膜對葡萄糖催化氧化過程的調(diào)控56-59
• 2.4 本章小結(jié)59-61
• 第三章 基于氫鍵、靜電層層組裝的磁光各向異性薄膜61-73
• 3.1 引言61-62
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分62-64
• 3.2.1 材料與試劑62
• 3.2.2 NiFe-LDHs膠體的制備62
• 3.2.3 (LDH/PVA/LDH/BTBS)_n薄膜的組裝62-63
• 3.2.4 樣品表征技術(shù)63-64
• 3.3 結(jié)果與討論64-71
• 3.3.1 NiFe-LDH的結(jié)構(gòu)與形貌表征64-65
• 3.3.2 (LDH/PVA/LDH/BTBS)_n薄膜的結(jié)構(gòu)形貌表征65-68
• 3.3.3 (LDH/PVA/LDH/BTBS)_(300)薄膜的磁性研究68-70
• 3.3.4 (LDH/PVA/LDH/BTBS)_(300)薄膜的熒光性能研究70-71
• 3.4 本章小結(jié)71-73
• 第四章 基于靜電、氫鍵及共價(jià)鍵層層組裝的氣體阻隔薄膜73-111
• 4.1 引言73
• 4.2 (CA/LDH)_n氧氣阻隔薄膜的構(gòu)筑73-84
• 4.2.1 前言73-74
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)部分74-76
• 4.2.2.1 材料與試劑74
• 4.2.2.2 不同長徑比MgAl-LDH的合成74
• 4.2.2.3 (CA/LDH)_n復(fù)合薄膜的組裝74-75
• 4.2.2.4 材料表征技術(shù)75
• 4.2.2.5 理論計(jì)算模擬75-76
• 4.2.3 結(jié)果與討論76-84
• 4.2.3.1 層狀MgAl-LDH的結(jié)構(gòu)形貌表征76-78
• 4.2.3.2 (CA/LDH)_n復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)形貌表征78-80
• 4.2.3.3 (CA/LDH)_n復(fù)合薄膜的氣體阻隔性能研究80-82
• 4.2.3.4 (CA/LDH)_n復(fù)合薄膜對保存芘溶液的穩(wěn)定性研究82-83
• 4.2.3.5 理論計(jì)算模擬(CA/LDH)_n復(fù)合薄膜的氧氣阻隔性能83-84
• 4.3 (LDH/PSS)_n-PVA自修復(fù)氧氣阻隔薄膜的構(gòu)筑84-92
• 4.3.1 前言85
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)部分85-87
• 4.3.2.1 材料與試劑85
• 4.3.2.2 XAl-LDHs組裝前體的制備85-86
• 4.3.2.3 (LDH/PSS)_n-PVA復(fù)合薄膜組裝86
• 4.3.2.4 材料表征技術(shù)86-87
• 4.3.3 結(jié)果與討論87-92
• 4.3.3.1 MgAl-LDH的結(jié)構(gòu)形貌表征87-89
• 4.3.3.2 (LDH/PSS)_(20)-PVA復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)形貌及其自修復(fù)性能表征89-90
• 4.3.3.3 (LDH/PSS)_(20)-PVA復(fù)合薄膜的氧氣阻隔性能研究90-92
• 4.4 (XAl-LDH/PAA)_n-CO_2氣體阻隔薄膜的構(gòu)筑92-108
• 4.4.1 前言92-93
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)部分93-96
• 4.4.2.1 材料與試劑93
• 4.4.2.2 LDH組裝前體制備93
• 4.4.2.3 (XAl-LDH/PAA)_n復(fù)合薄膜的構(gòu)筑93-94
• 4.4.2.4 (XAl-LDH/PAA)_n復(fù)合薄膜的構(gòu)筑94
• 4.4.2.5 材料表征技術(shù)94-95
• 4.4.2.6 理論計(jì)算模擬95-96
• 4.4.3 結(jié)果與討論96-108
• 4.4.3.1 LDH組裝前體的結(jié)構(gòu)形貌表征96-100
• 4.4.3.2 (XAl-LDH/PAA)_n復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)形貌表征100-104
• 4.4.3.3 (XAl-LDH/PAA)_n-CO_2復(fù)合薄膜的氧氣阻隔性能研究104-106
• 4.4.3.4 計(jì)算模擬復(fù)合薄膜的氧氣阻隔原理106-108
• 4.5 本章小結(jié)108-111
• 第五章 結(jié)論111-113
• 本論文創(chuàng)新點(diǎn)113-115
• 參考文獻(xiàn)115-125
• 致謝125-127
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文127-129
• 作者和導(dǎo)師簡介129-130
• 附件130-131

  本文關(guān)鍵詞：層層組裝構(gòu)筑水滑石基復(fù)合薄膜：組裝驅(qū)動(dòng)力調(diào)控及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：275264