层层自组装水滑石/聚电解质复合薄膜的制备及性能研究

摘要

水滑石（layered double hydroxide，LDHs）的薄膜化在理论研究及应用领域都具有重要意义。层层自组装（layer-by-layer self-assembly，LBL）技术由于操作简易，且能在纳米尺度对薄膜的构成进行调变，因而备受重视，是构筑无机/有机复合薄膜的重要手段。本论文采用LBL自组装法，以LDHs为前体制备LDHs/聚电解质复合薄膜。通过对LDHs层板元素构成、层间客体的调变，以及对组装方法、组装顺序的选择，制备了不同结构以及功能特点的LDHs/聚电解质复合薄膜，实现了复合薄膜结构及功能的可控合成。并对复合薄膜的形貌结构及性能进行了研究。本论文研究内容主要包括以下几个方面： （1）利用水滑石纳米片（LDHNS）高各向异性、高比表面积以及高比电荷的特点，采用LBL法构筑LDHNS/聚电解质复合薄膜。进一步通过基底溶蚀得到大片连续，厚度在纳米级的自支撑膜。该自支撑膜具有良好的柔韧性，光透性能以及热稳定性。该方法提供了一种制备LDHs基复合自支撑膜的简单有效的方法，拓宽了LDHs在微器件领域的应用。 （2）合成了缓蚀剂+矾酸根（V10O286-）插层Zn2Al-LDHs（V-LDHs），通过旋涂层层组装法（Spin-assited layer-by-layer self-assembly）在铝基底制备了V-LDHs/聚电解质复合防腐蚀薄膜。复合薄膜形貌平整致密，厚度在纳米级。电化学测试表明复合薄膜具有良好的防腐性能，可有效抑制NaCl溶液对铝基底的腐蚀。对复合薄膜的防腐蚀机理研究结果表明：该复合薄膜具有主动缓蚀功能，其原理来自LDHs层间的阴离子交换能力，能够在腐蚀发生时释放缓蚀剂分子并吸收Cl-。

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第一章绪论

1.1层状双羟基复合金属氧化物(LDHs)概述

1.1.1 LDHs的组成与结构特征

1.1.2 LDHs的性质

1.1.3 LDHs的制备方法

1.1.4 LDHs的应用

1.1.5水滑石纳米片(LDHNS)的概述

1.2 LDHs薄膜的研究现状

1.3无机／有机复合薄膜

1.3.1无机／有机复合自支撑(free-standing)膜

1.3.2无机／有机复合主动缓蚀(active corrosion protection)膜

1.4 LBL技术概述

1.5论文选题意义与研究内容

1.5.1论文选题意义

1.5.2论文研究内容

第二章实验部分

2.1实验试剂

2.2实验仪器

2.3表征方法

2.3.1粉末X射线衍射(XRD)分析

2.3.2傅立叶-红外光谱(FT-IR)分析

2.3.3场发射扫描电镜(SEM)分析

2.3.4原子力显微镜(AFM)分析

2.3.5紫外-可见分光光度 (UV-vis)分析

2.3.6热重差热(TG-DTA)分析

2.4电化学测试方法

2.4.1交流阻抗(EIS)测试

2.4.2动电位极化曲线(Tafel)测试

第三章LDHNS／聚电解质复合自支撑膜的制备及表征

3.1引言

3.2实验方法

3.2.1成核晶化隔离法合成N03-LDHs

3.2.2 N03-LDHs在甲酰胺中的剥离

3.2.3基片的表面处理

3.2.4 LBL法制备LDHNS／聚电解质复合薄膜

3.2.5 LDHNS／聚电解质自支撑膜的制备

3.3结果与讨论

3.3.1 LDHNS／聚电解质复合自支撑膜的表征

3.3.2 LDHs／聚电解质复合自支撑膜的性能研究

3.4本章小结

第四章缓蚀剂插层LDHs／聚电解质复合薄膜的制备及其防腐性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1成核晶化隔离法合成NO3-Zn2Al-LDHs

4.2.2离子交换法合成V10O28-Zn2Al-LDHs

4.2.3铝片的表面处理

4.2.4旋涂层层组装法制备LDHs／聚电解质复合薄膜

4.3结果与讨论

4.3.1缓蚀剂插层LDHs／聚电解质复合薄膜的制备及结构表征

4.3.2缓蚀剂插层LDHs／聚电解质复合薄膜的防腐性能研究

4.3.3缓蚀剂插层LDHs／聚电解质复合薄膜防腐蚀机理的初步探索

4.4本章小结

第五章结论

主要创新点

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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