纳米金属氧化物、壳聚糖及其复合材料的制备与结构、性能研究

论文摘要

纳米材料的制备方法对其结构、性能有重要影响。通过不同方法制备了纳米金属氧化物和壳聚糖纳米微球,并对其结构进行表征;在此基础上提出制备金属氧化物/壳聚糖纳米复合材料的新思路,并以之为指导制备了金属氧化物/壳聚糖纳米复合材料,研究了该复合材料的结构和性能。用常温化学沉淀法和水热反应法制备了MnO2的纳米结构。常温化学沉淀法是通过KMnO4和MnSO4的常温化学反应来获得MnO2纳米结构。所制备的纳米结构微观形貌为不规则的球笼型结构,球笼型结构由相互交织在一起的纳米短片构成,纳米片厚度10～20 nm,宽度50～80nm。XRD分析表明,该产物属于ε-MnO2晶体结构,但结晶度较低。添加阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）能够改变纳米结构的形貌,形成由纳米片交织的不规则多孔网片状结构。以KMnO4和MnSO4为前驱体,用水热反应法在160℃制备了粒径50nm,长1～2μm的棒状MnO2纳米结构。晶体结构测试表明,该纳米棒从常温制备的ε-MnO2转变为β-MnO2,且纯净无杂质,结晶度高。表面活性剂CTAB存在时纳米结构微观形貌转变为层叠的宝塔状。以颗粒状的MnO2粉体为前驱体,以NaOH水溶液为反应介质,用水热反应法制备了MnO2一维纳米结构。当反应条件160℃/48h时,得到厚度10～20nm,宽度80～100nm,长约数微米的一维纳米带。XRD数据显示,纳米带是γ-MnO2晶体结构,结晶度较高。当反应介质为LiOH时,得到类似的结果。用液体回流法制备了TiO2纳米微粒。在丁醇水溶液中滴加钛酸四丁酯,将得到的反应产物粉碎后500℃煅烧,得到白色纳米TiO2粉体。结构分析表明,所得TiO2纳米结构为粒径50～100nm的球形微粒,是锐钛矿和金红石的混合晶型,其中金红石型约占41%。用分子自组装方法制备了脱氧胆酰修饰壳聚糖的纳米微球。首先以壳聚糖和脱氧胆酸为原料,以碳化二亚胺为交联剂制备了脱氧胆酰修饰壳聚糖,1H NMR测试其取代度为0.051,同时研究了它在Ac、HCl溶液中的自聚集能力。在乙酸-乙酸钠溶液中,以二氯甲烷为乳化剂、三聚磷酸钠为交联剂制备了脱氧胆酰修饰壳聚糖纳米微球。TEM观察表明,纳米微球的粒径介于100～600nm之间。以TiO2纳米微粒和壳聚糖为原料,强碱性的NaOH浓溶液为溶剂,利用水热反应法制备了TiO2/壳聚糖一维纳米复合材料。SEM、TEM电镜观察显示,复合材料为厚度小于10nm,宽度200～300 nm,长度为几微米的半透明带状纤维。结构分析表明,复合材料的主体为纳米二氧化钛。同时,在壳聚糖存在情况下大部分纳米TiO2由锐钛矿型转变为金红石型。反应机理分析认为,NaOH在反应中决定纳米TiO2晶体的生长方向,并能够使壳聚糖活化,进而参加反应。在抗菌试验中,TiO2/壳聚糖一维纳米复合材料表现出较强抑菌能力,在含量为3%时可以完全抑制金黄色葡萄球菌的生长。壳聚糖具有优良的成膜能力。用壳聚糖、聚乙烯醇、羧甲基壳聚糖制备了三层复合膜结构,表面层壳聚糖膜具有良好的抗菌抑菌能力,底层羧甲基壳聚糖膜生物相容性好,能够促进正常皮肤纤维细胞生长并抑制疤痕疙瘩成纤维细胞的生长。在壳聚糖膜层添加纳米TiO2来提高膜性能,测试表明随TiO2含量增加,膜的抗水能力和热稳定性提高,膜层由晶态逐渐转变为非晶态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 0.1 纳米材料
• 0.1.1 纳米材料的结构
• 0.1.2 纳米材料的基本特性
• 0.1.3 纳米材料的理化特性
• 0.1.4 纳米材料制备方法
• 0.1.5 纳米材料测试方法
• 0.1.6 一维纳米材料
• 0.1.7 纳米复合材料
• 0.1.8 纳米金属氧化物
• 0.2 甲壳素和壳聚糖
• 0.2.1 简介
• 0.2.2 壳聚糖的分子结构
• 0.2.3 壳聚糖的化学性质
• 0.2.4 壳聚糖的抗菌性能
• 0.2.5 壳聚糖的用途
• 0.2.6 壳聚糖的成膜性
• 0.2.7 壳聚糖的衍生物
• 0.2.8 壳聚糖微/纳米粒子
• 0.3 论文的提出与创新思路
• 第1章 化学法制备纳米金属氧化物
• 引言
• 2'>1.1 常温化学沉淀法制备纳米MnO₂
• 1.1.1 实验部分
• 1.1.2 结果与讨论
• 1.1.3 小结
• 2纳米棒和纳米带'>1.2 水热法制备MnO₂纳米棒和纳米带
• 2纳米棒'>1.2.1 水热法制备β-MnO₂纳米棒
• 1.2.1.1 实验部分
• 1.2.1.2 结果与讨论
• 2—维纳米带'>1.2.2 水热法制备γ-MnO₂—维纳米带
• 1.2.2.1 实验部分
• 1.2.2.2 结果与讨论
• 1.2.3 小结
• 2微粒的制备'>1.3 纳米TiO₂微粒的制备
• 1.3.1 实验部分
• 1.3.2 结果与讨论
• 1.3.3 小结
• 1.4 本章小结
• 第2章 壳聚糖衍生物纳米微球制备
• 引言
• 2.1 脱氧胆酰修饰壳聚糖制备
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.3 小结
• 2.2 脱氧胆酰修饰壳聚糖自聚集特性测试
• 2.2.1 测试原理
• 2.2.2 荧光光谱实验
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.4 小结
• 2.3 脱氧胆酰修饰壳聚糖纳米微粒的制备
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.3 小结
• 2.4 本章小结
• 第3章 纳米金属氧化物/壳聚糖纳米复合材料的制备
• 引言
• 2/壳聚糖一维纳米带制备与结构分析'>3.1 TiO₂/壳聚糖一维纳米带制备与结构分析
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.3 对照实验
• 3.1.4 小结
• 2/壳聚糖纳米复合材料制备'>3.2 MnO₂/壳聚糖纳米复合材料制备
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.3 小结
• 2/壳聚糖纳米复合材料的抗菌实验'>3.3 TiO₂/壳聚糖纳米复合材料的抗菌实验
• 3.4 本章小结
• 2/壳聚糖-聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合膜'>第4章 纳米TiO₂/壳聚糖-聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合膜
• 引言
• 4.1 复合膜制备
• 4.1.1 壳聚糖酸降解
• 4.1.2 羧甲基壳聚糖制备
• 4.1.3 壳聚糖-聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合膜制备
• 2/壳聚糖-聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合膜制备'>4.1.4 TiO₂/壳聚糖-聚乙烯醇-羧甲基壳聚糖复合膜制备
• 4.1.5 复合膜结构性能测试
• 4.1.6 结果与讨论
• 4.1.7 小结
• 4.2 细胞培养实验
• 4.2.1 皮肤纤维细胞培养
• 4.2.2 细胞培养结果分析
• 4.3 抑菌实验
• 4.3.1 细菌培养
• 4.3.2 抑菌性能分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 论文创新点
• 今后研究工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历