纤维素纳米纤维/层状双金属氢氧化物（LDH）复合膜的结构与性能开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

透明、柔软、质轻、高力学强度、高热稳定性和高阻隔性的高性能薄膜材料具有广泛的应用价值，在显示屏、光电器件封装和高性能食品药物包装等领域被迫切需求。有机/无机纳米复合材料因为可以满足这些大部分条件而备受关注。尤其，近年来，仿生复合材料因其优异的性能尤其引起人们越来越多的重视。贝壳中的珍珠母是一种典型的有机/无机生物复合材料，它是由几丁质纳米纤维和文石晶片构成的两相相间的层状复合材料，质量轻，并且具有优异的力学性能。因而，制备仿贝壳珍珠母的具有内插层状结构的新型高性能生物基有机/无机纳米复合材料具有巨大的现实意义。

纤维素是自然界中储量最为丰富的天然高分子，并且，作为非食用性二氧化碳固定生物质材料，纤维素来源广泛、价格便宜、环境友好、可再生、可生物降解。因此，纤维素基环境友好材料日益引起人们的重视。植物里面纤维素分子天然的自组装成宽度为3 nm左右的纤维素微纤，将其抽离出来可以制备纤维素纳米纤维，其理论弹性模量与拉伸强度分别高达 150 和3 GPa。纤维素纳米纤维具有高的力学强度、硬度和热尺寸稳定性，其密度只有钢的1/5，强度确实是其5倍以上，理论力学性能基本接近碳纤维。这种以植物为原料的新型生物纳米纤维能令汽车、电子部件更轻巧、更牢固。不仅如此，其无可比拟的资源优势、生物降解特性、良好的透光性、特殊的网状结构，近 10 年来吸引了众多科研工作者及企业家的目光，成为生物质纳米材料研究领域的一个新兴热点方向。以纤维素纳米纤维为原料，制备透明、柔软、高性能的薄膜材料，日渐受到关注。

层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides, LDHs）是水滑石（Hydrotalcite, HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds, HTLCs）的统称，也称为阴离子粘土(anionic Clays)，是一类具有超分子插层结构的无机超分子功能材料。LDHs 是由带正电荷的主体层板和层间的阴离子组成的化合物，具有优异的强度、硬度、热尺寸稳定性和阻隔性能。因而，本课题将利用可在水中单分散的表面带负电荷的TEMPO氧化法制得的纤维素纳米纤维和表面带正电荷的LDH构建仿贝壳珍珠母的具有内插层状砖泥结构的一维/二维纳米复合材料，以获得质轻、柔韧、高力学和热学性能的新型生物质基纳米复合材料。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：利用tempo/nabr/naclo水体系制备可水相单分散的表面带有大量羧酸根的纤维素纳米纤维；制备纤维素纳米纤维/ldh一维/二维纳米复合材料；

材料表征：采用sem、tem、xrd、ftir、uv-vis、tg、拉伸测试等测试技术对复合材料的形貌、结构与性能进行表征。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：按照设计方案，制备纤维素纳米纤维/ldh复合材料。

第9－12周：采用sem、tem、xrd、ftir、uv-vis、tg、拉伸测试等测试技术对复合材料的形貌、结构与性能进行表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 安树林. 膜科学技术实用教程[m]. 北京: 化学工业出版社. 2005，3，77.

[2] 舒氧，醋酸纤维素/层状双金属氢氧化物 (ldhs) 共混膜的制备与表征，硕士学位论文，武汉科技大学，2012.

[3] 陈文帅. 生物质纳米纤维素及其自聚集气凝胶的制备与结构性能研究，博士学位论文，东北林业大学，2013.