層狀結構無機-有機復合薄膜材料的組裝及性能研究.pdf

1、無機一有機復合材料因其獨特的性能受到研究者的廣泛關注,在催化、傳感器、光電器件、納米生物技術、能量存儲和轉換等方面都具有重要的科學和實際應用價值。本論文以水滑石無機層狀材料(LDHs)為主體,分別選取偶氮苯聚合物(PAZO)、酞菁鈷(CoPcTs)、聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)、聚乙烯醇(PVA)為客體,制備了一系列層狀結構無機一有機復合薄膜材料。采用實驗手段和計算化學相結合的方法研究了LDHs基薄膜的結構；以性能為導向,實現(xiàn)了光致開關、電

2、化學傳感器、智能減反射薄膜的構筑,并對其性能進行了調(diào)控；在此基礎上,通過合理選擇構筑基元,設計并制備了具有優(yōu)良力學性能的LDHs基薄膜材料。論文整體框架如下圖所示。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 1.異質(zhì)結構LDHs超薄膜的構筑:實現(xiàn)了對M(Ⅱ)Al-NO3 LDHs(M=Co,Ni,Mg)的剝離,利用剝層后帶正電的納米片作為構筑單元,基于靜電引力與PSS進行了層層組裝,得到了一系列具有無機一有機超晶格有序結構

3、的LDHs／PSS異質(zhì)超薄膜。由于LDHs納米片及有機物分子組成及功能的多樣性,該異質(zhì)結構薄膜材料為實現(xiàn)多功能集成提供了新的思路和途徑。
　　 2.LDHs／偶氮苯聚合物的組裝及光致開關性能:利用LDHs納米片與光敏分子偶氮苯進行組裝,得到了光響應速率快、異構化效率高、可逆性好的光致開關薄膜材料。LDHs層板的二維各向異性及晶格定位效應對有機官能團起到了隔離、有序分散作用。偶氮苯的反式-順式異構化及可逆回復產(chǎn)率分別達到了～100

4、％及～51％。該薄膜材料可應用于光敏涂層、分子開關、光信息存儲等領域。
　　 3.基于LDHs構筑新型電化學傳感器:利用LDHs納米片固定了電化學活性物質(zhì)酞菁鈷,構筑了新型電化學傳感器,實現(xiàn)了對多巴胺的檢測。傳感器具有較低的檢測限(3.2×10-7 mol／L)、快速的響應(2s)及寬的線性范圍(2.0×10-5～1.4×10-4 mol／L)。酞菁鈷在LDHs納米片層問有序排布,薄膜的長程有序結構有利于電活性物質(zhì)與電極之間的快

5、速電子轉移。該無機-有機復合薄膜修飾電極在電化學分析及生物檢測領域表現(xiàn)出良好的應用前景。
　　 4.減反射智能涂層及減反射／防霧雙功能涂層材料的構筑:利用LDHs納米粒子和PSS作為構筑基元,組裝得到LDHs／PSS多層納米復合薄膜,經(jīng)高溫焙燒后獲得了具有減反射性能的復合金屬氧化物(MMO)薄膜材料。由于MMO薄膜自身低的折射率以及豐富的孔結構使其具備顯著的可見光減反射性能?；贚DHs獨特的“結構記憶效應”,薄膜的減反射性能可

6、以通過焙燒-水合循環(huán)實現(xiàn)多次的擦除及再生。在此基礎上進一步研究了薄膜的減反射／防霧雙重功能,通過調(diào)控薄膜厚度、孔結構及表面粗糙度實現(xiàn)了最優(yōu)的減反射／防霧性能:650 nm處的透過率達到98.7％；水滴的鋪展時間為0.2 s。該薄膜材料在光伏器件、眼鏡制造、內(nèi)窺鏡檢測等領域具有應用價值。
　　 5.高強高韌薄膜材料的設計、組裝及性能調(diào)控:在生物礦化材料結構的啟發(fā)下,以剪切滯后模型為指導原則,控制合成了具有特定長徑比(16～22)的