氮化硼层层自组装复合薄膜的制备及性能研究

发布时间：2017-06-07 02:08

  本文关键词：氮化硼层层自组装复合薄膜的制备及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氮化硼作为一种无机非金属材料,具有四种变形体:即六方氮化硼(h-BN),菱方氮化硼(r-BN),立方氮化硼(c-BN),纤锌矿氮化硼(w-BN)。其中具有类似石墨烯结构的六方氮化硼近几年由于具有良好的机械性能,高热导率以及良好的绝缘性能而受到人们日益增长的研究兴趣。正是因为这些优良的性质,所以六方氮化硼会给层层自组装复合薄膜的研究带来一些新的亮点。同时复合材料的自修复能力与弹性模量似乎是相互矛盾的,因为它们相反的依赖于聚合物分子链的移动。本文我们是利用聚乙烯醇通过搅拌与超声分散的氮化硼,与含有大量羟基的抗菌性单宁酸匹配,以氢键为驱动力层层自组装制备的氮化硼复合薄膜。在这里氮化硼纳米片可以同时促进层层自组装复合薄膜的这对矛盾性质的增强。将氮化硼加入到聚乙烯醇/单宁酸指数增长薄膜后,其杨氏模量从8.6±0.060 GPa增加到12.9±0.450 GPa,同时利用水促进薄膜的部分修复到完全自修复的能力。这种同时增加可能是由于这种特殊的软硬界面引起的,这种结构不仅有利于负载力的有效传递,而且能够使氮化硼与聚合物同步运动。我们通过调节实验的参数比如氮化硼的尺寸,聚合物的分子量和溶液的pH值等,于是得出了一个增强自修复的机理:这是由于聚合物在破损区域面内与面外扩散的结果。我们的研究可能会使我们更好的理解指数增长自组装薄膜的自修复机理,以及通过调节多个参数从而制备出一些具有多功能的复合材料。
【关键词】：氮化硼纳米片 指数层层自组装 自修复 机械性能 抗菌性 热导率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-21
• 1.2.1 层层自组装10-13
• 1.2.2 氮化硼的分散13-15
• 1.2.3 氮化硼纳米片及复合材料的力学性能15-16
• 1.2.4 氮化硼纳米片及复合材料的热性能16-18
• 1.2.5 自修复材料18-20
• 1.2.6 单宁酸的抗菌性20-21
• 1.3 本文主要研究内容21-23
• 第2章 实验材料与方法23-27
• 2.1 实验材料23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 分析测试方法24-27
• 2.3.1 原子力显微镜测试24
• 2.3.2 粒度分析测试24
• 2.3.3 红外光谱测试24
• 2.3.4 X射线光电子能谱测试24
• 2.3.5 复合薄膜的组装过程24
• 2.3.6 紫外-可见光光谱测试24-25
• 2.3.7 石英晶体微量天平(QCM)测试25
• 2.3.8 扫描电镜测试25
• 2.3.9 热重分析仪测试25
• 2.3.10 复合薄膜的力学性能测试25
• 2.3.11 复合薄膜自修复性能的测试25-26
• 2.3.12 聚乙烯醇在复合薄膜中的扩散测试26
• 2.3.13 复合薄膜热扩散系数的测试26
• 2.3.14 复合薄膜抗菌性测试26-27
• 第3章 氮化硼层层自组装复合薄膜的性能研究27-68
• 3.1 氮化硼纳米片的分散27-33
• 3.1.1 氮化硼的形貌与分散情况27-28
• 3.1.2 氮化硼与聚乙烯醇的反应示意图与红外谱图28-29
• 3.1.3 氮化硼的X射线光电子能谱的研究29-31
• 3.1.4 氮化硼与聚乙烯醇的热重测试31-33
• 3.2 氮化硼复合薄膜的组装速率33-37
• 3.2.1 氮化硼复合薄膜的石英晶体微量天平测试33-35
• 3.2.2 氮化硼复合薄膜的紫外光谱测试35-36
• 3.2.3 氮化硼复合薄膜截面的扫描电镜图36-37
• 3.3 氮化硼复合薄膜的力学性能测试37-40
• 3.3.1 氮化硼复合薄膜的纳米压痕测试37-39
• 3.3.2 氮化硼复合薄膜的拉伸测试39-40
• 3.4 氮化硼复合薄膜自修复性能的测试40-65
• 3.4.1 氮化硼复合薄膜自修复性能的光学图片40-43
• 3.4.2 氮化硼在复合薄膜中的分散情况43-46
• 3.4.3 氮化硼复合薄膜在pH=2 水中自修复的光学图片46-48
• 3.4.4 含有小分子量聚乙烯醇的氮化硼复合薄膜自修复光学图片48-51
• 3.4.5 氮化硼复合薄膜中单宁酸的扩散51-52
• 3.4.6 聚乙烯醇在氮化硼复合薄膜中的扩散情况52-55
• 3.4.7 氮化硼分散溶液的流变测试55-56
• 3.4.8 氮化硼复合薄膜自修复的扫描电镜图56-59
• 3.4.9 氮化硼复合薄膜自修复后的机械性能59-60
• 3.4.10 独立氮化硼复合薄膜的重叠自修复60-62
• 3.4.11 独立氮化硼复合薄膜的对接自修复62-65
• 3.5 氮化硼复合薄膜的热扩散系数与抗菌性测试65-68
• 3.5.1 氮化硼复合薄膜的热扩散系数65-66
• 3.5.2 氮化硼复合薄膜的抗菌性66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-77
• 致谢77

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