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LDHs基无机—有机复合材料的制备及其光致变色性质研究

2020-11-23阅读(202)

LDHs基无机—有机复合材料的制备及其光致变色性质研究

论文摘要

本文研究了系列LDHs的光致变色性能并制备了系列具有光致变色性能的LDHs／聚合物复合材料。采用XRD、FT-IR和UV-vis等多种表征手段系统研究了复合材料的结构及其光致变色性能。采用共沉淀法制备了系列LDHs和LDHs薄膜。采用XRD、FT-IR和UV-vis等表征方法，对系列LDHs和LDHs薄膜的晶相结构、化学组成及光致变色性能进行了详细研究。LDHs的主体层板上含有可被激发的d电子的过渡金属离子(如Ni2+)是组装具有光致变色性能的LDHs重要条件之一，层间客体阴离子(NO3-、Cl-和CO32-)可与层板上Ni2+发生配位作用，由此产生的亚稳结构导致了NiAl-LDHs的光致变色效应。采用双辊混炼法制备了系列LDHs／聚合物复合材料，采用FT-IR和UV-vis等表征方法，对复合材料的光致变色性能进行了研究。结果表明复合材料的光致变色性能与LDHs本身的光致变色现象直接相关；聚合物基体对LDHs的光致变色性能也会产生影响，不同聚合物基体的复合材料的光致变色性能有所差异。对比LDPE、EVA和PS三种基体制备的复合材料的光致变色性能，LDPE与LDHs作用导致的光致变色性质最为突出。研究NiAl-NO3-LDHs／LDPE的光致变色性能发现，当NiAl-NO3-LDHs加入量达到5phr时，复合材料的光致变色现象已十分明显，在365nm左右的紫外光照射下复合材料的颜色发生明显的变化，20 min后这种变化达到最大值，且NiAl-NO3-LDHs／LDPE复合材料的光致变色性能具有良好的可逆性。纳米量级NiAl-NO3-LDHs在LDPE中的高度分散提高了复合材料的力学性能，NiAl-NO3-LDHs／LDPE复合材料的断裂伸长率随添加量的增加明显增大，NiAl-NO3-LDHs添加量为5phr时增加率为28.3％。以LDPE、EVA、PS和PVA为基体，采用溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs／LDPE、NiAl-NO3-LDHs／EVA、NiAl-NO3-LDHs／PS和NiAl-NO3-LDHs／PVA复合材料，研究其光致变色性能发现，溶液共混法制备的复合材料中LDHs分散均匀，相对双辊混炼法分散性能明显改善，但是由于LDHs的颗粒尺寸与紫外光波长相近似，复合材料的光致变色性能有所降低。对比由LDPE、EVA、PS和PVA四种基体制备的复合材料的光致变色性能，PVA是最佳的基体材料。为了研究LDHs／聚合物的光致变色机理，分别采用双辊混炼法和溶液共混法制备了α-Ni（OH）2／LDPE复合材料，采用UV-vis等表征方法，对复合材料的光致变色性能进行了系统研究。结果表明α-Ni（OH）2／LDPE复合材料同样具有优良的光致变色性质。醇类有机物对NiAl-NO3-LDHs／LDPE的光致变色性能有一定的影响。带吸电子基团的醇类物质对LDHs／LDPE复合材料的光致变色影响比带推电子基团的醇类物质强，醇分子的羟基与NiAl-NO3-LDHs之间有强作用，致使复合材料在紫外光照后再经加热不能完全使颜色得以恢复。对NiAl-NO3-LDHs和复合材料的光致变色性质进行差减法研究，证实醇类物质对NiAl-NO3-LDHs的光致变色性质具有不同程度的钝化作用。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 光致变色材料
  • 1.1.1 光致变色机理及光致变色材料分类
  • 1.1.2 光致变色材料的应用
  • 1.2 本论文的研究内容及意义
  • 1.2.1 本论文的研究内容
  • 1.2.2 本论文的研究意义
  • 第二章 文献综述
  • 2.1 LDHs的结构、制备及表征
  • 2.1.1 LDHs的结构
  • 2.1.1.1 M（Ⅱ）、M（Ⅲ）金属阳离子
  • 2.1.1.2 层板电荷密度
  • 2.1.1.3 层间阴离子
  • 2.1.1.4 层间水分子
  • 2.1.2 LDHs的性质
  • 2.1.2.1 层板化学组成的可调控性
  • 2.1.2.2 层间阴离子种类及数量的可调控性
  • 2.1.2.3 粒径的可调控性
  • 2.1.2.4 热稳定性
  • 2.1.3 LDHs的制备及晶粒尺寸分布
  • 2.1.3.1 共沉淀法
  • 2.1.3.2 水热合成法
  • 2.1.3.3 离子交换法
  • 2.1.3.4 焙烧复原法
  • 2.2 制备有机/无机纳米复合材料的方法
  • 2.2.1 插层复合法（intercalation）
  • 2.2.2 原位分散法（in situ dispersion）
  • 2.2.3 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
  • 2.2.4 分子复合材料形成法
  • 2.2.5 超微粒子直接分散法
  • 2.2.6 有机/无机纳米材料复合膜法
  • 2.3 无机化合物的光致变色现象
  • 2.3.1 双注入/抽出模型及能带理论
  • 2.3.2 光照氢注入法（PIH）
  • 2.3.3 色心模型（Deb）
  • 2.3.4 结晶学切变
  • 2.3.4.1 Bursill的研究
  • 2.3.4.2 结晶学切变
  • 2.3.5 氧化镍的电致变色
  • 2.3.6 LDHs在光致变色方面的研究
  • 第三章 实验部分
  • 3.1 实验原料
  • 3-LDHs的合成'>3.2 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs的合成
  • 3、NO3、Cl）-LDHs薄膜的合成'>3.3 NiAl-A（CO3、NO3、Cl）-LDHs薄膜的合成
  • 3-LDH薄膜的合成'>3.3.1 NiAl-CO3-LDH薄膜的合成
  • 3-LDH薄膜的合成'>3.3.2 NiAl-NO3-LDH薄膜的合成
  • 3.3.3 NiAl-Cl-LDH薄膜的合成
  • 3.4 LDHs/聚合物复合材料的合成
  • 3-LDHs/LDPE复合材料的制备'>3.4.1 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/LDPE复合材料的制备
  • 3-LDHs/EVA复合材料的制备'>3.4.2 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/EVA复合材料的制备
  • 3-LDHs/PS复合材料的制备'>3.4.3 NiAl-NO3-LDHs/PS复合材料的制备
  • 3.5 溶液共混法合成LDHs/聚合物复合材料
  • 3-LDHs/LDPE复合材料'>3.5.1 溶液共混法合成NiAl-NO3-LDHs/LDPE复合材料
  • 3-LDHs/EVA复合材料'>3.5.2 溶液共混法合成NiAl-NO3-LDHs/EVA复合材料
  • 3-LDHs/PS复合材料'>3.5.3 溶液共混法合成NiAl-NO3-LDHs/PS复合材料
  • 3-LDHs/PVA复合材料'>3.5.4 溶液共混法合成NiAl-NO3-LDHs/PVA复合材料
  • 2/LDPE复合材料的制备'>3.6 α-Ni（OH）2/LDPE复合材料的制备
  • 3.6.1 机械共混法
  • 3.6.2 溶液共混法
  • 3.7 改变LDHs/聚合物的制备条件
  • 3-LDHs/LDPE/三氯叔丁醇复合材料的制备'>3.7.1 NiAl-NO3-LDHs/LDPE/三氯叔丁醇复合材料的制备
  • 3-LDHs/LDPE/正辛醇复合材料的制备'>3.7.2 NiAl-NO3-LDHs/LDPE/正辛醇复合材料的制备
  • 3.8 分析及表征方法
  • 3.9 光致变色性能测试
  • 第四章 [M（Ⅱ）M（Ⅲ）]-A-LDHs的制备及光致变色性质研究
  • 3-LDHs的晶相结构'>4.1 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs的晶相结构
  • 3-LDHs的红外光谱'>4.2 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs的红外光谱
  • 3-LDHs的光致变色现象研究'>4.3 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs的光致变色现象研究
  • 4.4 层间客体对LDHs光致变色性能的影响
  • 4.4.1 NiAl-A-LDHs的晶相结构
  • 4.4.2 NiAl-A-LDHs的FT-IR光谱
  • 4.4.3 NiAl-A-LDHs的热分析
  • 4.4.4 NiAl-A-LDHs的光致变色性能研究
  • 4.5 小结
  • 3-LDHs/LDPE的制备及其光致变色性质研究'>第五章 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/LDPE的制备及其光致变色性质研究
  • 3-LDHs与M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/LDPE复合材料的制备及其光致变色性能研究'>5.1 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs与M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/LDPE复合材料的制备及其光致变色性能研究
  • 3-LDHs/LDPE复合材料'>5.1.1 MgAl-NO3-LDHs/LDPE复合材料
  • 3-LDHs/LDPE复合材料'>5.1.2 MgFe-NO3-LDHs/LDPE复合材料
  • 3-LDHs/LDPE复合材料'>5.1.3 NiFe-NO3-LDHs/LDPE复合材料
  • 3-LDHs/LDPE复合材料'>5.1.4 NiAl-NO3-LDHs/LDPE复合材料
  • 3-LDHs/LDPE光致变色复合材料的光致变色性能研究'>5.2 NiAl-NO3-LDHs/LDPE光致变色复合材料的光致变色性能研究
  • 3-LDHs的添加量对光致变色性能的影响'>5.2.1 NiAl-NO3-LDHs的添加量对光致变色性能的影响
  • 5.2.2 光照时间对样品的影响
  • 5.2.3 光致变色复合材料的颜色恢复
  • 5.2.4 光致变色性能的可重复性研究
  • 3-LDHs与M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/EVA复合材料的制备及其光致变色性能研究'>5.3 M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs与M（Ⅱ）M（Ⅲ）-NO3-LDHs/EVA复合材料的制备及其光致变色性能研究
  • 3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究'>5.3.1 MgAl-NO3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究
  • 3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究'>5.3.2 MgFe-NO3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究
  • 3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究'>5.3.3 NiAl-NO3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究
  • 3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究'>5.3.4 NiFe-NO3-LDHs/EVA复合材料的光致变色性能研究
  • 3-LDHs/PS复合材料的光致变色性能研究'>5.3.5 NiAl-NO3-LDHs/PS复合材料的光致变色性能研究
  • 5.4 小结
  • 3-LDHs/聚合物及其光致变色性能研究'>第六章 溶液共混法制备均匀分散NiAl-NO3-LDHs/聚合物及其光致变色性能研究
  • 6.1 LDHs在聚合物中分散度研究
  • 3-LDHs/LDPE复合材料的光致变色性能'>6.2 溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs/LDPE复合材料的光致变色性能
  • 3-LDHs/EVA复合材料的光致变色现象'>6.3 溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs/EVA复合材料的光致变色现象
  • 3-LDHs/PS复合材料的光致变色现象'>6.4 溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs/PS复合材料的光致变色现象
  • 3-LDHs/PVA复合材料的光致变色现象'>6.5 溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs/PVA复合材料的光致变色现象
  • 3-LDHs/聚合物的FT-IR分析'>6.6 溶液共混法制备NiAl-NO3-LDHs/聚合物的FT-IR分析
  • 6.7 小结
  • 第七章 醇类对复合材料光致变色性质的影响研究
  • 2/LDPE复合材料的光致变色现象'>7.1 双辊混炼法制备α-Ni（OH）2/LDPE复合材料的光致变色现象
  • 2/LDPE复合材料的光致变色现象'>7.2 溶液共混法制备α-Ni（OH）2/LDPE复合材料的光致变色现象
  • 3-LDHs/LDPE/三氯叔丁醇复合材料的光致变色现象'>7.3 NiAl-NO3-LDHs/LDPE/三氯叔丁醇复合材料的光致变色现象
  • 3-LDHs/LDPE/正辛醇复合材料的光致变色现象'>7.4 NiAl-NO3-LDHs/LDPE/正辛醇复合材料的光致变色现象
  • 7.5 LDHs和复合材料的光照前后UV-vis吸收变化
  • 7.6 小结
  • 第八章 结论
  • 参考文献
  • 本论文创新点
  • 作者简历
  • 导师简介
  • 博士研究生学位论文答辩委员会决议书

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