纳米矿物的磁性组装与光功能化
发布时间：2020-09-12 12:50
在磁场作用下,磁性纳米粒子具有从无序到有序的排列特性,即磁致取向特性。依据这一特性,可将磁性粒子制备成具有光子晶体、液晶或其他功能特性的光学材料。因此,利用天然纳米矿物独特的结构、组成和性质,研究制备具有一维、二维结构特征的各向异性磁性纳米粒子,同样可获得具有独特性能的光学功能材料。本论文以一维纳米矿物凹凸棒石(ATP)、海泡石(Sep)及二维纳米矿物蒙脱石(Mt)三种矿物材料为基元,以铁盐为磁源,以聚乙烯亚胺(PEI)为表面修饰剂,通过共沉淀法制备了具有核壳结构的ATP@Fe_3O_4纳米棒、Sep@Fe_3O_4纳米线和均匀沉积结构的Mt@Fe_3O_4纳米片。所得的ATP@Fe_3O_4、Sep@Fe_3O_4和Mt@Fe_3O_4均具有超顺磁性,可在磁场作用下沿磁场方向取向,并产生即时可逆的响应。这三种磁性复合矿物材料可以分散在0.001 mol/L的稀酸溶液中,形成稳定的胶体。这些稳定的胶体在外加磁场作用下产生相似的具有布拉格衍射效应的磁控液晶相,它们的光学性质受到磁场强度、磁场方向和固含量的影响。这三种液晶因其结构基元的形貌不同(棒状、纤维状和片状),在取向结构和光学性质上也表现出差异。在外加磁场作用下,ATP@Fe_3O_4和Sep@Fe_3O_4在固体基底上可以形成一维有序结构,而蒙脱石@Fe_3O_4可以形成二维有序结构。ATP@Fe_3O_4和Mt@Fe_3O_4胶体在浓度为0.0125 mg/mL时在固体基质上取向可得到绚丽的布拉格衍射光,而Sep@Fe_3O_4不能。三者液晶的透光率也存在差异,ATP@Fe_3O_4优于Mt@Fe_3O_4,Mt@Fe_3O_4优于Sep@Fe_3O_4。研究结果表明,通过在ATP、Mt和Sep的表面上组装Fe_3O_4纳米粒子,可以获得具有液晶和光子晶体特性的ATP@Fe_3O_4、Mt@Fe_3O_4和Sep@Fe_3O_4无机光功能材料,该类材料在显示器件、光子开关等领域有着潜在的应用前景。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
伸的 TOT 型“I 束”，其宽度约为 18 。相邻的 TO在惰性氧相对的位置形成沿 c 轴贯通的宽大通道，约有水分子。[SiO4]四面体共角顶构成六元环状分布在面体共棱连接成层，所以凹凸棒石兼具链状和层状两被称为凹凸棒石，国内在文献和研讨会上常常混用。交换性能，但比蒙脱石的低；具有强大的吸附功能，大大增大了凹凸棒石的比表面积(王爱勤 etal.,2014晶束解离及其纳米功能复合材料》中指出，热液蚀变好，纤维长，通常被称为坡缕石；而沉积型产物外观，含铁量高，被称为凹凸棒石(王爱勤 etal.,2014)。《凹凸棒石棒晶束解离及其纳米功能复合材料》中所该类短棒晶矿物统一称为凹凸棒石。
图 1-2 Cu2O-ATP/RGO 制备过程示意图 (张素素, 2015)王爱勤、张俊平课题组(Zhang et al., 2016)研制了一种具有强烈蓝色光泽溶剂变色自清洁颜料，该颜料采用聚硅氧烷改性凹凸棒石（PAL@POS）紫内酯（CVL）固相研磨结合制得。PAL@POS 的羟基与 CVL+的羧酸基氢键是蓝色的来源，溶剂蒸汽对氢键的破坏导致涂层迅速变色，而颜料中蒸发，通过还原 PAL@POS 与 CVL+之间的氢键，使原颜色完全恢复。溶性、氢键能力和挥发性决定了颜料的溶剂致变色性能。PAL@POS/CVL 有高可逆性和由各种溶剂的蒸气诱导的有色和无色状态之间的快速切换性。同时，该涂料具有超疏水性和良好的自清洁性能，在不同环境中具有性。PAL@POS/CVL 颜料的制备过程示意图和在丙酮蒸汽中的溶剂致变见下图 1-3 所示。颜料中的 CVL 含量是可控的，最高可达 4.8wt%。
图 1-3 PAL@POS/CVL 颜料的制备过程示意图和在丙酮蒸汽中的溶剂致变色性能(Zhang etal., 2016)中国地质大学（武汉）王群英课题组(孙露, 2013)以凹凸棒石为模板，采用模板法和水热法相结合的方式合成了非晶态的碳纳米管，同时也采用模板法和溶胶凝胶法相结合的方式合成了 TiO2纳米管，为凹凸棒石的深加工和利用开拓了新的应用领域。1.2.2 海泡石海泡石的分子式为 Mg8[Si6O15]2(OH)4 12H2O ，属于斜方晶系，空间群为Pncn(no.52)；a=13.40 ，b=36.80 ，c=5.28 ，α=γ=β=90 ，Z=2(秦善，2011)。晶体结构如图 1-4 所示，与凹凸棒石的结构基本相似，不同之处在于：成分上，海泡石的 Mg 和 H2O 含量比凹凸棒石更高；在结构上，海泡石的 TOT 型“I 束”宽度更大，约为 27 ，贯通性通道的横截面积也比凹凸棒石的大，大约为 3.7
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：
伸的 TOT 型“I 束”，其宽度约为 18 。相邻的 TO在惰性氧相对的位置形成沿 c 轴贯通的宽大通道，约有水分子。[SiO4]四面体共角顶构成六元环状分布在面体共棱连接成层，所以凹凸棒石兼具链状和层状两被称为凹凸棒石，国内在文献和研讨会上常常混用。交换性能，但比蒙脱石的低；具有强大的吸附功能，大大增大了凹凸棒石的比表面积(王爱勤 etal.,2014晶束解离及其纳米功能复合材料》中指出，热液蚀变好，纤维长，通常被称为坡缕石；而沉积型产物外观，含铁量高，被称为凹凸棒石(王爱勤 etal.,2014)。《凹凸棒石棒晶束解离及其纳米功能复合材料》中所该类短棒晶矿物统一称为凹凸棒石。
图 1-2 Cu2O-ATP/RGO 制备过程示意图 (张素素, 2015)王爱勤、张俊平课题组(Zhang et al., 2016)研制了一种具有强烈蓝色光泽溶剂变色自清洁颜料，该颜料采用聚硅氧烷改性凹凸棒石（PAL@POS）紫内酯（CVL）固相研磨结合制得。PAL@POS 的羟基与 CVL+的羧酸基氢键是蓝色的来源，溶剂蒸汽对氢键的破坏导致涂层迅速变色，而颜料中蒸发，通过还原 PAL@POS 与 CVL+之间的氢键，使原颜色完全恢复。溶性、氢键能力和挥发性决定了颜料的溶剂致变色性能。PAL@POS/CVL 有高可逆性和由各种溶剂的蒸气诱导的有色和无色状态之间的快速切换性。同时，该涂料具有超疏水性和良好的自清洁性能，在不同环境中具有性。PAL@POS/CVL 颜料的制备过程示意图和在丙酮蒸汽中的溶剂致变见下图 1-3 所示。颜料中的 CVL 含量是可控的，最高可达 4.8wt%。
图 1-3 PAL@POS/CVL 颜料的制备过程示意图和在丙酮蒸汽中的溶剂致变色性能(Zhang etal., 2016)中国地质大学（武汉）王群英课题组(孙露, 2013)以凹凸棒石为模板，采用模板法和水热法相结合的方式合成了非晶态的碳纳米管，同时也采用模板法和溶胶凝胶法相结合的方式合成了 TiO2纳米管，为凹凸棒石的深加工和利用开拓了新的应用领域。1.2.2 海泡石海泡石的分子式为 Mg8[Si6O15]2(OH)4 12H2O ，属于斜方晶系，空间群为Pncn(no.52)；a=13.40 ，b=36.80 ，c=5.28 ，α=γ=β=90 ，Z=2(秦善，2011)。晶体结构如图 1-4 所示，与凹凸棒石的结构基本相似，不同之处在于：成分上，海泡石的 Mg 和 H2O 含量比凹凸棒石更高；在结构上，海泡石的 TOT 型“I 束”宽度更大，约为 27 ，贯通性通道的横截面积也比凹凸棒石的大，大约为 3.7
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1 王丹;刘传勇;龙s
本文编号：2817652
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