碟状颗粒的合成和球形颗粒对磷酸锆碟片液晶相变的影响

发布时间：2017-12-03 19:02

  本文关键词：碟状颗粒的合成和球形颗粒对磷酸锆碟片液晶相变的影响

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【摘要】：在自然界和工业生产中,存在大量的碟状胶体悬浮液与其他颗粒的混合体系,为了了解混合胶体体系的平衡态性能及相状态和发展具有可控性能的软材料,必须研究碟状胶体与其他不同大小、形状的颗粒的混合体系的相变行为。本研究以厚度均一,直径大小可控的单层磷酸锆(Zirconium Phosphate,简写为ZrP)碟片为模板碟状胶体体系,向其中加入单分散的球形颗粒,研究碟状胶体液晶的相行为。由于碟状颗粒在研究和生产中具有重要意义,我们还对碟状颗粒的合成进行了研究。具体工作如下：1.研究了利用水热法合成磷酸锆和片状含锰高岭石,回流法合成大批量磷酸锆。通过控制水热反应的温度、反应时间和磷酸浓度可得到结晶完好,形状规整,粒径可控的磷酸锆,粒径可控范围为300-2000nm。但是反应需要的温度高达200℃,且是在高压反应釜中进行反应,使用100mL容量反应釜合成的磷酸锆只有4g,因此我们使用大容量搅拌反应器,在常温和较低温下利用回流法合成磷酸锆,得到的磷酸锆结晶良好,粒径均匀,粒径为250nm左右,单次合成产量达到2.24kg,实现了磷酸锆的批量合成。采用水热法合成了片状高岭石颗粒,研究了硅铝比和固体反应物浓度对高岭石晶体合成的影响,结果表明,在强碱性环境中,硅铝比值为1、低固体反应物浓度(质量分数为0.006)时更有利于高岭石的形成,随着固体反应物浓度的升高,所得产物的产率降低,晶格缺陷密度增大,同时会出现针状含锰高岭石。2.研究了球碟粒径比为0.0901±0.0004时,球形颗粒(Si02球)对碟状胶体相变的影响。当向碟状颗粒悬浮液中加入不同大小或不同形状的非吸附性颗粒时,颗粒间会产生空位作用,往碟状胶体系统中加入球形颗粒,球形颗粒会对磷酸锆碟状胶体的各向同性相(Isotropic Phase,简称I相)-向列相(Nematic Phase,简称N相)相变过程产生影响。研究表明,加入的球形颗粒引起的空位作用使碟状胶体的I-N相变速率加快,开始产生N相的ZrP体积分数φⅠ降低。同时,碟状颗粒间距减小,构型更加紧密,表现为N相的体积分数降低。当球形颗粒浓度增加到0.0014的时候,相图中出现了三相共存区。三相共存区的出现表明在胶体中存在各向同性相-各向同性相(I-I)分离,而在理论研究中球碟系统中I-I分离是否存在是具有很大争议的,本研究的发现为球碟系统中I-I分离的存在提供了实验证据。3.将切球模型和已有的单一碟状胶体系统的自由能表达式运用于构建由球形颗粒和碟状颗粒组成的混合胶体的自由能密度函数(Free Energy Density)。计算了以球为空位质的球碟混合系统的自由体积分数,发现在低厚径比碟片系统中(l=0.0022),碟状颗粒体积分数达到0.02的时候,自由体积分数已经趋近于零。将上章中得到的碟状颗粒体积分数(φp)-球形颗粒体积分数(φs)的相图利用公式φs=αφsR进行了转换,得到φp-φsR相图,并对其进行了简单分析。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.12;O753.2

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本文编号：1249696