论文部分内容阅读
传统的聚合物纳米复合材料无机组分含量很低且多为无序体系，即少量纳米粒子在聚合物基质中以无规的形式存在。少量添加量(≤5wt％)往往能获得性能的显著改善。纳米复合材料的最终性能与纳米填料的基本参数紧密相关，如形貌、尺寸及表面特征等。随着对自然界的深入探索，人们发现天然生物材料，如贝壳、骨头及竹木纤维等材料，具有很高的无机含量，伴随着微观有序的材料构筑方式，表现出了令人诧异的综合性能。如贝壳含高达95 vol％的碳酸钙，韧性却是碳酸钙本体材料的3000倍，同时，模量却得到了很好的保持。人们在进一步探索传统聚合物纳米复合材料构效关系的同时，也把目光投向了高性能的天然生物材料，发掘天然生物材料蕴藏的结构密码。本论文在传统及仿生聚合物纳米复合材料体系中进行了微观结构与宏观性能关系的探索，主要研究内容如下: （一）纳米粒子形貌（片状及球形）对传统聚合物纳米复合材料性能影响的研究:采用仿生硅化的方法制备了表面接枝聚乙二醇的二氧化硅纳米片和纳米球，分别以两类粒子作为纳米填料，与无定型的聚乳酸进行复合。考察了粒子形貌差异对聚合物纳米复合材料力学性能的影响，并探究了影响机制。蠕变及动态力学性能同时进行了对比研究。 （二）无机构筑基元表面粗糙度对仿贝壳聚合物纳米复合材料性能影响的研究:采用仿生硅化的方法，制备了表面粗糙及光滑的二氧化硅纳米片。分别以两类纳米片作为无机构筑基元，选用聚乙烯醇作为有机粘弹性组分，通过交替浸蘸的途径制备得到了具有分层结构的仿贝壳聚合物纳米复合物薄膜。工作中对两类层状结构纳米复合材料的结构及力学性能进行了研究，并重点探讨了无机构筑基元表面粗糙度与拉伸形变行为之间的关系，提出了可能的形变机制。通过循环负载-卸载实验对提出的纳米粗糙度调节的形变机制予以佐证。