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基于层层自组装技术的蒙脱土/碳纳米管/聚合物复合材料的纳米层级构建

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目录

摘要

符号说明

1.文献综述

1.1 前言

1.2 层层自组装技术

1.2.1 概述

1.2.2 层层自组装技术的成膜驱动力

1.2.3 层层自组装技术的实施方法

1.2.4 层层自组装技术在高强超韧纳米复合材料制备中的应用

1.3 CNT与MMT的杂化和复合

1.3.1 化学合成法

1.3.2 物理共混法

1.3.3 在基体材料中直接使用法

1.4 课题的提出

1.4.1 立题依据

1.4.2 研究内容及实施方案

2.层层自组装技术制备MMT/SWNT复合薄膜

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 SWNT的胺基化改性

2.2.3 SWNT-NH2分散液的配制

2.2.4 MMT分散液的配制

2.2.5 玻璃基片的表面处理

2.2.6 层层自组装技术制备MMT/SWNT多层膜

2.3 仪器分析与测试

2.3.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析

2.3.2 Zeta电位分析

2.3.3 原子力显微镜(AFM)分析

2.3.4 紫外-可见光光谱(UV-VIS)分析

2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)分析

2.4 结果与讨论

2.4.1 SWNT的胺基化改性研究

2.4.2 (MMT/SWNT)n的组装工艺优化

2.4.3 (MMT/SWNT)n的微观结构和表面形态

2.4.3 (MMT/SWNT)n的微观结构和表面形态

2.4.4 (MMT/SWNT)n的力学性能

2.5 小结

3.层层自组装技术制备MMT/SWNT/PDDA复合薄膜

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 玻璃基片的表面处理

3.2.3 MMT分散液的配制

3.2.4 SWNT分散液的配制

3.2.5 PDDA分散液的配制

3.2.6 层层自组装技术制备MMT/PDDA/MMT/SWNT多层膜

3.3 仪器分析与测试

3.3.1 UV-VIS光谱分析

3.3.2 SEM分析

3.3.3 AFM分析

3.4 结果与讨论

3.4.1 SWNT-NH2组装时间的优化

3.4.2 (MMT/PDDA/MMT/SWNT)n的增长规律

3.4.3 (MMT/PDDA/MMT/SWNT)n的表面形态与微观结构

3.4.4 (MMT/PDDA/MMT/SWNT)n的力学性能

3.5 小结

4.层层自组装技术制备MMT/SWNT/PSS复合薄膜

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 PSS分散液的配制

4.2.3 MMT分散液的配制

4.2.4 SWNT分散液的配制

4.2.5 玻璃基片的表面处理

4.2.6 层层自组装技术制备MMT/SWNT/PSS多层膜

4.3 仪器分析与测试

4.3.1 UV-VIS光谱分析

4.3.2 Zeta电位分析

4.3.3 SEM分析

4.3.4 AFM分析

4.4 结果与讨论

4.4.1 (MMT/SWNT/PSS/SWNT)n的增长规律

4.4.2 (MMT/SWNT/PSS/SWNT)n的表面形态和微观结构

4.4.3 (MMT/SWNT/PSS/SWNT)n的力学性能

4.5 小结

结论

参考文献

致谢

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声明

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摘要

贝壳珍珠层是一种天然的有机·无机层状杂化复合材料。它由无机质碳酸钙(约95%)和有机质(约5%)经多次交替层叠而成,其独特的多尺度、多级次有机-无机“砖·泥”组装结构赋予了该珍珠层材料超常的力学性能。受此启发,本研究拟在构筑“砖-泥”特异层叠结构之外,额外引入“纤维锚结”结构,以强化“砖层”和“泥层”间的界面相互作用,最终制备出具有“砖层”、“泥层”和“纤维锚结层”的类三明治夹层结构复合材料。层层自组装技术因其具有对材料组分进行纳米层级构建的能力而在本研究中被用于实施上述研究构想。具体开展了以下工作:
  (1)利用层层自组装技术制备由蒙脱土(MMT)与单壁碳纳米管(SWNT)组成的全无机杂化复合材料。研究中,拟以静电相互作用为组装驱动力。由于MMT表面呈负电性,因此对另一组装组分SWNT进行了胺基化改性以提供其表面正电特性。在优化的组装工艺条件下,(MMT/SWNT)n的厚度呈线性增长,增长速率为6.65nm每(MMT/SWNT)单元。力学性能的研究结果表明,退火处理(包括退火温度和退火时间两个因素)有利于多层膜的模量增加,但对表面平整性不利;
  (2)以MMT为“砖层”、聚电解质PDDA(表面正电性)为“泥层”、SWNT-NH2为“纤维锚结层”,利用层层自组装技术制备(MMT/PDDA/MMT/SWNT)n复合薄膜。研究结果显示薄膜厚度呈线性增长,增长速率为99.54nm每(MMT/PDDA/MMT/SWNT)单元。力学性能的研究结果表明,要提高复合薄膜的模量可采用增大多层膜层数、提高退火处理温度和/或延长退火时间等措施;
  (3)以MMT为“砖层”、聚电解质PSS(表面负电性)为“泥层”、SWNT-NH2为“纤维锚结层”,利用层层自组装技术制备(MMT/SWNT/PSS/SWNT)n复合薄膜。结果显示该复合薄膜的厚度也呈线性增长,增长速率为66.67nm每(MMT/SWNT/PSS/SWNT)单元。力学性能的研究结果表明,不同于PDDA的情况,层数较少的PSS复合薄膜反而具有高模量。提高退火温度能有效提高薄膜模量,但延长退火时间可能会因造成PSS部分降解而导致薄膜模量降低。

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