● 摘要
仿生设计原理为创造新型材料提供了方法和途径，向自然学习是新材料发展的重要源泉。贝壳珍珠层是一种天然的有机/无机层状复合材料，其独特的多尺度、多级次“砖-泥”组装结构赋予它异乎寻常的机械性能。受贝壳珍珠层启发，国内外许多课题组已利用不同方法合成制备了一系列仿生高强超韧层状复合材料，但是由于目前所使用的有机高分子材料性能相对较低，尤其是耐高温性能，无法满足所制备的复合材料对耐热性能要求，限制了仿生层状复合材料综合性能的进一步提高。 本研究模仿贝壳珍珠层微观结构，采用强度更高的陶瓷微板及耐高温聚酰亚胺进行组装，通过调整结构参数和界面性质仿生制备了氧化铝/聚酰亚胺复合材料，并对其形貌及性能进行了表征。主要内容如下： 1）采用原位合成法得到Al2O3/PI混合溶液，而后利用刮涂法制备了一定厚度的复合薄膜，并研究了不同无机含量对陶瓷板在薄膜中存在形态的影响和复合薄膜的性能。结果表明，该复合薄膜具有简单的“砖-泥”结构及良好的机械性能。 2）利用多层涂覆的方法制备了一系列多层Al2O3/PI复合薄膜，探讨了热处理工艺过程对界面性质的影响，并从界面性能、层数、无机含量三个方面研究了引入的界面对复合薄膜机械性能及其他性能的影响。力学性能研究结果表明，合适的多层涂覆薄膜的层间界面结合强度和层间界面数可以大幅度提高复合薄膜的断裂伸长率。通过调整单层涂覆薄膜参数、层间界面性质和无机含量可以得到强度和韧性具有最佳匹配的多层涂覆薄膜。 3）利用层层组装方法，采用浸涂-旋涂技术分别制备了ODA-PMDA聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜以及可溶性聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜，并对其结构形貌和力学性能做了初步的探究。