【摘要】：材料科學(xué)家一直在努力制備各種高強(qiáng)功能材料來滿足實際應(yīng)用的各種需求。相比于合成材料,自然界在進(jìn)化中已經(jīng)產(chǎn)生了許多由相對柔弱的組分按照一定的復(fù)雜等級結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和卓越的性能而越來越受到研究者的關(guān)注,為制備下一代先進(jìn)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(hù)外殼的主要成分而存在的貝殼珍珠層,由于其表現(xiàn)出完美的“磚泥”微觀體系結(jié)構(gòu),優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能,和光彩奪目的結(jié)構(gòu)色,而成為最受歡迎的人造先進(jìn)材料設(shè)計模型之一。本論文著眼于貝殼模型,首先介紹了貝殼的結(jié)構(gòu)和其性能之間的關(guān)系,總結(jié)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(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)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(fù)合材料,并研究其功能與結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。具體研究結(jié)果總結(jié)如下：1.利用層層組裝技術(shù),以離子團(tuán)簇和蛋白質(zhì)為組裝單元制備了超薄雜化復(fù)合膜。這種團(tuán)簇-蛋白質(zhì)雜化膜表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)均勻性,良好的光學(xué)透明性和明亮的藍(lán)色熒光。這些雜化膜相比于純的BSA蛋白質(zhì)膜,在力學(xué)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(dá)70%和100%。研究發(fā)現(xiàn),這樣的增強(qiáng)效果與這些團(tuán)簇本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其和蛋白質(zhì)的相互作用力大小相關(guān)。由于這些雜化膜的高透明性和優(yōu)異的機(jī)械性能,這些雜化膜將來或許可以在生物醫(yī)學(xué)涂層上有著潛在的應(yīng)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(jié)構(gòu)組裝單元,通過層層組裝技術(shù)制備了全無機(jī)成分的雜化涂層。制備出的仿貝殼雜化涂層表現(xiàn)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(xiàn)出優(yōu)異的防火阻燃性能。這種類貝殼結(jié)構(gòu)的全無機(jī)GO-LDH雜化涂層有可能應(yīng)用于防火阻燃材料。這項工作拓寬了GO-LDH雜化系統(tǒng)的應(yīng)用,并給制備類貝殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化薄膜�；谏鲜鰧φ惩�-殼聚糖納米復(fù)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(jié)構(gòu)的三元納米復(fù)合材料。我們詳細(xì)研究了纖維素納米纖維對這種三元復(fù)合材料的力學(xué)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(xué)性能在拉伸強(qiáng)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(yīng)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(xué)和磁學(xué)性質(zhì)與純無機(jī)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(qū)物通過簡單的熱分解過程,可以制備出純無機(jī)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(xué)和氧氣還原反應(yīng)的電催化性質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(jié)構(gòu)均由文石片（大概直徑５－１５逡逑ｕｍ，厚度０．５邋ｕｍ），有機(jī)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(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)（圖１．２ｄ，ｅ），也就是說，文石片層被有機(jī)層橫向的分開，并且片之間由有逡逑機(jī)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(chǎn)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耍義戲薔妓崆桑ǎ粒茫茫┑木奐

本文編號：2742453