层层组装自修复膜的制备及应用研究
本文选题：层层组装 切入点：聚电解质 出处：《东南大学》2016年博士论文
【摘要】：自修复材料因其具有自我修复的性能,可以极大的延长材料使用寿命的同时减轻使用过程中潜在的危害,在一些重要工程和尖端技术领域孕育着巨大的发展前景和应用价值;层层组装技术可以通过适宜的组装驱动力实现复合薄膜材料结构、形貌的可控制备,最终赋予薄膜特殊的性质和新颖的功能。因此,层层组装自修复膜材料受到了人们的广泛关注。本论文利用层层组装技术的优势,选择多种聚电解质材料构筑不同的层层组装自修复膜材料并研究了它们在不同领域的应用。主要研究内容如下:(1)基于层层组装技术将支化聚乙烯亚胺(bPEI)及聚丙烯酸(PAA)修饰到碳纤维纸表面,制备出了抗腐蚀性能良好的自修复涂层材料,该涂层材料能有效保护碳纤维免受腐蚀,受损后还能够利用周边的水快速修复损伤,提高碳纤维纸的使用寿命。实验考察了涂层的组装周期对碳纤维纸形貌、电阻、透气性、接触角等因素的影响,然后探究了组装了不同周期自修复聚电解质涂层的碳纤维纸在电解过程中的变化。研究发现,不同组装周期的涂层都对碳纤维纸具有保护作用,当组装周期为10时,涂层在不影响碳纤维纸性能的条件下对碳纤维纸具有最佳的保护作用。(2)结合微胶囊的负载功能和层层组装聚电解质多层膜的自修复功能,基于层层组装技术,在基底上循环沉积bPEI、PAA和载药微胶囊,制备出一种新型的抗菌涂层材料。该涂层材料不但具有卓越长效的抗菌性能,破损后还能迅速进行自我修复,还原回薄膜本初的机械性能和抗菌性能。由于微胶囊可包覆不同种类的功能分子,因此该工作为制备不同功能的自修复涂层提供了新方案。(3)以壳聚糖(CS)和PAA作为构筑基元,先通过理论计算,模拟出CS和PAA相结合的可能构型;然后以理论计算的结果为指导,基于层层组装技术,通过调控不同的实验条件制备出了多种层层组装聚电解质多层膜材料;接着考察了制备的聚电解质多层膜的自修复性能。研究发现:CS和PAA之间的相互作用,CS/PAA聚电解质多层膜的溶胀性能,微观结构,浸润性以及自修复性能都受CS溶液pH的调控。当CS溶液的pH为3.0时,制备的聚电解质多层膜具有良好的自修复性能。(4)采用分子模拟的方法研究了 CS,PAA和钴元素的自组装及构象行为;然后以理论结果为指导,利用层层组装技术,基于氢键和金属配位键等弱相互作用,制备出一种新型的环境响应自修复聚合物膜材料;进一步通过光谱技术、扫描电镜技术表征钴元素对聚合物化学和物理性能的影响;之后通过光学仪器记录聚合物膜的自修复行为及环境响应性能。结果显示氯化钴不仅能够促使CS和PAA的结合方式向更有利于实现其自修复的结合方式转变,还在复合膜湿度响应性能方面起着至关重要的作用。(5)基于本课题组前期关于光子晶体研究工作的基础上,利用CS和PAA之间较大的折射率差,结合层层组装聚电解质多层膜的自修复功能,首次制备了具有自修复能力的一维光子晶体。在实验过程中,通过调控层层组装膜的组装参数,得到了不同光子禁带的彩色涂层,该涂层材料在酸性条件下(pH=2.5)具有较好修复能力,迅速修复机械损伤的同时还能修复受损部位的颜色,更为重要的是即使在同一部位多次受损,此材料也能实现修复。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08
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，本文编号：1680744
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