纤维素及其衍生物对无机纳米片的分散和稳定过程及性能研究

纳米材料的分散与稳定，已成为充分发挥其优异性能的瓶颈。本项目提出用纤维素或其衍生物分散、稳定无机纳米片，从而发挥无机纳米片所具有的二维纳米晶体的独特性质；同时，通过调控纤维素与无机纳米片的界面相互作用，控制纤维素与无机纳米片复合物结构，从而实现对复合物性能的调控。选择具有优异性能的无机纳米片，如，LDH，Laponite，石墨烯等作为研究对象，研究不同改性纤维素对这些纳米片的分散过程，探讨不同条件如溶液的pH值，纤维素的种类、分子量、浓度、用量、所带电荷量等对分散过程的影响，针对不同的纤维素/无机纳米片体系，研究纤维素与无机纳米片界面相互作用，探讨分散机理。合成出一系列具有特殊性能的功能性纤维素/无机纳米片复合材料，力争在电学、光学、催化、环境或者医学等领域得到应用。

纳米片的分散与稳定已成为充分发挥其优异性能的瓶颈，是值得系统研究的重要课题。近年来，以石墨烯为代表的单层无机纳米片，因具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，而成为纳米材料研究的新热点。 我们注意到，纳米片的众多研究的注意力都集中在将各种层状化合物剥离成纳米片，再将其进行重新组装、再配列。而对于如何保持纳米片本身的状态，进而发挥纳米片的独有的性质，如高比表面积，使剥离后的纳米片保持稳定、分散，而不发生纳米片的再组装、配列甚至是团聚方面的研究却极少报道。加之，此项目之前，我们已结题的基金项目系统研究了各种金属纳米颗粒沿纤维素微纤表面的组装，我们发现纤维素在与金属纳米颗粒的组装过程中，除了可充当模板、还原剂外，还可作为稳定剂，有分散、稳定金属纳米颗粒的功能鉴于此本项目采用纤维素及其衍生物分散、稳定无机纳米片，从而发挥无机纳米片所具有的二维纳米晶体的独特性质；同时，通过调控纤维素与无机纳米片的界面相互作用，控制纤维素与无机纳米片复合物结构，从而实现了对复合物性能的调控。本研究选择了具有优异性能的无机纳米片，如，LDH，Laponite，石墨烯等作为研究对象，研究了不同改性纤维素对这些纳米片的分散过程，探讨了不同条件如溶液的极性，纤维素的种类、分子量、浓度、用量、所带电荷量等对分散过程的影响，针对不同的纤维素/无机纳米片体系，研究了纤维素与无机纳米片界面相互作用，探讨了可能的分散机理。本项目取得了如下重要成果(1）成功发明了可在不同溶剂中分散纳米纤维素的方法2）发现了纤维素、纤维素的衍生物对LDH、Laponite等表面带不同电性的纳米片的分散、稳定方法；3）成功制备了石墨烯/纤维素复合材料，得到了石墨烯纳米片分散体系； 4）发明了简单、大批量制备石墨烯纳米片的新方法。本研究得到了纤维素溶剂分散体系、纤维素无机纳米片分散体系、纤维素与无机纳米片界面相互作用的重要数据，为发展纤维素/无机纳米片新型复合材料，发展无机纳米片的新型稳定分散方法，发展无机纳米片的新型制备方法具有重要的科学意义.