纳米离子材料(NIMs)的制备及其性能表征

摘要

纳米离子材料(NIMs)，作为通过离子键将软聚合冠层结合到纳米颗粒的新型材料，吸引了广泛的注意力。它是首例纳米颗粒在不存在悬浮介质的情况下可以实现自悬浮的纳米系统。结合离子液体，带电胶体悬浮液和分散良好的纳米复合材料的性质，这种新材料平台为当前和未来的应用提供了良好的通用性。本文制备了纳米二氧化硅离子材料并研究其摩擦学性能，利用自组装的机理制备了蒙脱土/纳米二氧化硅插层复合材料并研究了其抗菌性能，通过新方式合成了纳米碳酸钙离子材料并研究了其电性能。主要工作如下:
　　1.以纳米二氧化硅(SiO2)分散液为作为纳米颗粒来源，通过接枝内外冠，制备了纳米SiO2离子材料(SiO2 NIMs)，在微观下排颗粒之间列整齐，界限清晰，同时室温下具有流动性。通过DSC分析，SiO2 NIMs表现出玻璃化转变，冷结晶及熔融等热行为。TG测试表征了其接枝有机层含量及其接枝密度。通过流变学考察了其流变性能。利用四球长时摩擦，考察了其作为添加剂在润滑油的抗摩擦磨损性能，结果表明，SiO2 NIMs的加入降低了基础油的平均摩擦系数，添加量为1％时，平均摩擦系数为0.14，相比基础润滑油降低22％左右，磨斑直径表现出与摩擦系数一致的规律性。
　　2.利用纳米离子材料的静电自组装原理，将季铵化的纳米颗粒组装在蒙脱土片层上，制备得到“三明治”状的粘土复合材料，通过添加不同质量份数的纳米颗粒表征了复合材料的制备规律。结果表明，随着季铵化颗粒加入量的不同，复合材料表现不同的结构，且材料的热稳定性也得到提高。抗菌实验表明复合材料在接触大肠细菌和金黄色葡萄球菌7小时内，细菌完全死亡，表现了良好的抗菌效果。
　　3.通过在碳酸钙合成过程中接枝内冠（有机硅季铵盐），在碳酸钙合成过程中利用纳米碳酸钙表面的活性羟基接枝了有机硅季铵盐内冠，赋予了碳酸钙表面活性离子基团。通过离子交换反应接枝聚氧乙烯醚磺酸盐外冠，制备了纳米碳酸钙离子材料(CaCO3-based NIMs)，该材料表现为室温下流动性。通过FTIR表征了CaCO3-based NIMs的化学组成，通过XRD，TEM表征了其结构特点，利用DSC表征了其热行为。其导电性分结果显示，CaCO3-based NIMs在室温下电导率为5.12×10-6 S·cm-1，85℃可达2.75×10-4 S·cm-1属于半导体范围，说明其在抗静电材料具有潜在应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 纳米颗粒表面改性

1．3 纳米离子材料(NIMs)

1．3．1 纳米离子材料概述

1．3．2 纳米离子材料的合成与制备

1．3．3 纳米离子材料的结构

1．3．4 纳米离子材料的应用

1．4 本课题的目的、意义及研究的主要内容

第二章 实验部分

2．1．2 实验方法和步骤

2．1．3 测试与表征

2．2 纳米SiO2／蒙脱土离子材料制备及其抗菌性能表征

2．2．1 实验原料和仪器

2．2．2 实验方法与步骤

2．2．3 测试与表征

2．3．1 实验原料和仪器

2．3．2 实验方法和步骤

2．3．3 测试与表征

第三章 纳米SiO2离子材料的制备及其摩擦润滑性能表征

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 FT-IR分析

3．2．2 XPS分析

3．2．3 形貌分析

3．2．4 热性能分析

3．3．5 流变性能分析

3．3．6 分散稳定性分析

3．3．7 摩擦润滑性能分析

3．4 小结

第四章 纳米SiO2／蒙脱土离子材料制备及其抗菌性能表征

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 制备条件分析

4．2．2 XRD分析

4．2．3 形貌分析

4．2．4 热性能分析

4．2．5 N2吸附脱附分析

4．2．6 抗菌性能分析

4．4 小结

第五章 纳米CaCO3离子材料的制备及其导电性能表征

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 FT-IR分析

5．2．2 XRD分析

5．2．3 形貌分析

5．2．4 热性能分析

5．2．5 流变性能分析

5．2．6 稳定性分析

5．2．7 导电性能分析

5．3 结论

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

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