基于主客体层层自组装本征型自修复薄膜的制备与应用研究

发布时间：2020-06-01 08:52

【摘要】：层层自组装技术,作为一种新颖的制备纳米薄膜的技术,依靠驱动力(物质间的相互作用力),调节纳米复合薄膜材料的结构和形貌,自组装成纳米薄膜材料,同时也实现了该纳米材料的多功能性;本征型自修复材料主要是通过动态可逆的非共价键、共价键相互作用来实现材料的自修复性能,这种自修复材料可以极大程度地延长材料使用寿命的同时减轻在使用过程中隐藏的危害。因此,将层层自组装技术应用于设计和制备自修复多层薄膜材料必将丰富自修复薄膜材料的种类、扩展自修复薄膜材料的功能,弥补其它技术的不足,并推进了自修复薄膜材料在仿生化学、生物工程、材料科学等领域的应用。本文利用层层自组装技术的优势,选择多种聚合物构建不同的层层组装多层有序彩色、自修复薄膜材料,探究了它们结构制备、光学性能、自修复性能、多功能性等,以及它们在仿生化学、食品工程、材料科学等领域的应用。主要研究内容如下:1、通过层层自组装技术,利用一维光子晶体优势,制备了一种适配体功能化的彩色薄膜材料,即适配体P(NIPAM-AA)/TiO_2一维光子晶体薄膜材料,实现了重金属汞离子的可视化检测,其检测限为5μM。为了进一步改善彩色薄膜的光学响应性能,在低温条件下,成功地构筑了具有均匀多孔形状的彩色薄膜材料即多孔一维光子晶体薄膜材料。解决了构建多孔一维光子晶体薄膜的基元和基底的局限性,扩展了自组装彩色薄膜的研究领域。其孔径大小均匀在150 nm以下。此外,一些环境响应工作被做,发现通过水洗法制备薄膜不仅包含了P(NIPAM-AA)原有的温度敏感性,还对β-glucan具有选择性响应,其检测限为0.03 mg/mL,相比于无孔薄膜,其响应性能提高了约2.3倍。实验结果的表征显示了其在化学和生物传感领域的应用潜力。2、为了引进自修复这种新型的功能,发展了一种新的自组装驱动力-主客体作用力,将β-环糊精和金刚烷分别修饰超支化聚乙烯亚胺和聚丙烯酸,构建了一种自修复主客体薄膜材料。该主客体薄膜具有高韧性能、抗酸碱性能、高透性能以及可重复的自修复性能,透过率可达到98.6%,可拉伸约163 mm,并且修复后的机械性能可以恢复到原来的87.2%。因此,可以将动态可逆的主客体作用制备的自修复薄膜材料推向实用领域。3、通过环糊精修饰的超支化聚乙烯亚胺与聚磷酸胺合成一种新的聚合物,在纸基底上制备了一种具有双网络结构、阻燃性能和自修复性能的主客体薄膜材料,尤其是,在无任何刺激响应或引发剂的作用下,这种材料可以实现自修复。除此之外,当被暴露于火苗中,这种材料将会产生泡沫炭化层阻止火苗蔓延从而保护了可燃物质。通过金相显微镜,红外光谱,扫描电子显微镜,纳米压痕仪等仪器设备研究该膜的抗阻燃性能。这种阻燃薄膜在低消耗、环境友好的情况下,可以达到最好的阻燃效果。因此,将这种薄膜材料进一步推向实用领域,促进了其在多功能高级商业用品,如纸、纺织品、木材等方面的应用。4、引入纳米二硫化钼片层,构建一种含纳米片层的主客体薄膜材料,其不仅具有抗菌和金属离子响应同时还具有很好的自愈合能力。该自修复薄膜材料(MoS_2/β-CD-PEI/AD-PAA)不但能够抑制细菌的黏附和具有极好的杀菌能力,尤其是在紫外照射下,抗菌能力能够达到99.9%,还可以维持较长的使用时间。除此之外,由于这种薄膜具有荧光淬灭的光学性能,将其应用在重金属钴离子检测中,发现其荧光强度和钴离子浓度具有很好的线性关系,其检测限为0.018μg/mL,实现了钴离子的定量检测。因此,含纳米片层的自修复主客体薄膜材料在食品工业中潜在着极好的应用前景。
【图文】：

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图 1-1 层层自组装技术构建多层有序膜示意图 (a, b)LbL 技术具有许多极好的优点：（1）简单通用，，不需要复杂、昂贵的成膜物质丰富；（3）产物有序性高；（4）可控产物的尺寸、成分及形

层层自组装,自修复,氢键作用,多层膜

基于氢键作用的层层自组装可自修复多层膜材料[19]
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

【参考文献】