α-磷酸锆单片悬浮液的流变特性与凝胶研究

摘要

α-磷酸锆(α-ZrP)是一种近似正六边形的层状化合物，被四丁基氢氧化铵(TBAOH)溶液剥离成单层后，得到的二维结构具有较大的比表面积和径厚比。碟状颗粒各向异性，形成的悬浮液有别于球形和棒状颗粒悬浮液，可用于液晶材料、聚合物纳米复合材料、仿生材料、皮克林乳液和钻井液等。磷酸锆单片悬浮液是典型的碟状颗粒悬浮液，其研究涉及多个学科，具有重要的应用价值和学术意义。本论文研究了具有较大径厚比的磷酸锆单片悬浮液的流变特性和凝胶形成，主要结果如下:　　1.以八水氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)和磷酸(H3PO4)为原料，采用水热法合成α-ZrP，再用TBAOH溶液剥离，得到α-ZrP单片悬浮液。通过控制磷酸浓度、反应时间和反应温度可以调节α-ZrP的粒径及其分布;静置分层悬浮液取下层可以提高悬浮液的浓度，减小颗粒粒径的多分散性。　　2.扫描电子显微镜(SEM)显示制备的α-ZrP形貌规整，呈近似正六边形;粒径分布均一，大部分集中在1500nm左右。X射线衍射(XRD)显示α-ZrP样品有明显的衍射峰，峰形比较尖锐且规整，说明样品有较高的结晶度。动态光散射(DLS)显示α-ZrP单片悬浮液的粒径分布集中在1400 nm左右，与SEM的观察结果比较一致。　　3.与文献中的其它悬浮液体系相比，α-ZrP单片悬浮液的剪切粘度表现出明显的剪切变稀现象。浓度较高（大于各向同性-向列相转变浓度）的悬浮液中，大量的ZrP颗粒在低剪切速率区聚集形成粒子簇，随着剪切速率的增大，粒子簇逐渐分解，各向异性的颗粒开始沿着流动的方向排列，而且径厚比越大，这种效果越明显，因此，剪切粘度急剧减小。TBACl的加入使α-ZrP单片悬浮液的剪切粘度增加，高剪切速率区的牛顿平台缩短，剪切增稠现象更加明显。在一定的应变或角频率范围内，α-ZrP单片悬浮液的储能模量和损耗模量随着悬浮液浓度的增加而增加。振幅扫描中，悬浮液在线性粘弹区的储能模量大于损耗模量，表现为粘弹性固体。角频率扫描中，低频区的储能模量和损耗模量变化不明显;中高频区，储能模量和损耗模量随着角频率的增加而增大。　　4.悬浮液体系pH值的降低和NaCl溶液的加入都能使α-ZrP单片悬浮液形成凝胶。pH值越小，α-ZrP单片悬浮液越容易形成凝胶;相同的pH值下，α-ZrP单片悬浮液的浓度越高，越容易形成凝胶。α-ZrP单片悬浮液的浓度越高，形成凝胶需要更多的NaCl，否则仍会出现流动的双折射现象。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 磷酸锆的研究现状

1．2．1 磷酸锆的结构

1．2．2 α-ZrP的特点

1．2．3 α-ZrP的性能

1．2．4 α-ZrP的应用

1．2．5 α-ZrP制备方法的研究进展

1．2．6 α-ZrP剥离反应的研究进展

1．3 本论文的研究目标和研究内容

第二章 碟状磷酸锆单片悬浮液的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验器材

2．2．1 实验仪器

2．2．2 实验材料

2．2．3 α-ZrP的制备

2．2．4 α-ZrP的剥离

2．2．5 α-ZrP单片悬浮液浓度的测定

2．2．6 α-ZrP及其单片悬浮液的表征

2．3 本章小结

第三章 碟状磷酸锆单片悬浮液的流变特性

3．1 引言

3．1．1 流体的分类

3．1．2 流体的本构方程

3．1．3 流变性能的测量

3．1．4 研究磷酸锆单片悬浮液流变特性的意义

3．1．5 碟状颗粒悬浮液流变特性的研究现状

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和实验仪器

3．2．2 粘度的测量

3．2．3 模量的测量

3．3 本章小结

第四章 碟状磷酸锆单片悬浮液的凝胶反应

4．1 引言

4．2 实验材料和实验仪器

4．3 pH值对磷酸锆单片悬浮液的影响

4．4 NaCl溶液对磷酸锆单片悬浮液的影响

4．5 机理探讨

4．6 本章小结

结论

特色与创新之处

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢