碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜的制備及其防護(hù)性能研究的開題報(bào)告

碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜的制備及其防護(hù)性能研究的開題報(bào)告一、研究背景及意義隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染日益加重，對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了極大的威脅。其中，空氣污染是目前最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一，尤其是細(xì)顆粒物污染已成為世界各國共同面臨的難題。而對于光學(xué)材料而言，對大氣中的細(xì)顆粒物的過濾和防護(hù)是一種極其重要的應(yīng)用需求。因此，研究制備一種具有高效過濾和防護(hù)性能的光學(xué)材料具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。二、研究內(nèi)容本文旨在研制一種碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜，并對其防護(hù)性能進(jìn)行研究。具體內(nèi)容如下：1.研制碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜的制備工藝，探索材料的生長機(jī)理。2.對制備的復(fù)合薄膜進(jìn)行表征，包括形貌、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、孔徑大小等。3.通過對復(fù)合薄膜的光學(xué)性能和過濾性能的測試，評估其防護(hù)性能，并與現(xiàn)有的防護(hù)材料進(jìn)行比較。4.研究復(fù)合薄膜的防護(hù)性能隨材料結(jié)構(gòu)、大小及位置等參數(shù)的變化規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化材料性能提供基礎(chǔ)。三、研究方法和技術(shù)路線本研究將采用溶膠-凝膠法合成碳-氧化硅基介孔材料，并將其修飾在適當(dāng)?shù)幕咨现瞥蓮?fù)合薄膜。主要研究方法如下：1.原材料制備：采用無水硅酸鋁、有機(jī)硅以及某些模板劑等原材料進(jìn)行合成。2.復(fù)合材料制備：將碳材料和氧化硅材料的溶膠混合，經(jīng)過修飾轉(zhuǎn)移至基底上進(jìn)行凝膠反應(yīng)，最終形成復(fù)合薄膜。3.材料表征：采用掃描電鏡、透射電鏡、傅里葉變換紅外光譜儀等進(jìn)行形貌和結(jié)構(gòu)表征。4.性能測試：通過紫外可見光譜、熒光光譜等光譜測試對復(fù)合薄膜的光學(xué)性能進(jìn)行表征；通過霧霾顆粒過濾和捕獲實(shí)驗(yàn)、氣溶膠的顆粒計(jì)數(shù)儀等檢測手段對復(fù)合薄膜的過濾性能進(jìn)行測試；通過量子化學(xué)計(jì)算對復(fù)合材料的電子結(jié)構(gòu)、羥基含量等有益于理解其基礎(chǔ)性質(zhì)。四、預(yù)期成果本研究力圖開發(fā)一種具有高效過濾和防護(hù)性能的碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜，并對其防護(hù)性能進(jìn)行評估，同時(shí)研究材料結(jié)構(gòu)和參數(shù)對性能的影響規(guī)律，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。預(yù)期成果如下：1.成功研制出一種碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜，并掌握其制備工藝和生長機(jī)理。2.成功表征和分析復(fù)合薄膜的形貌、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、孔徑大小等重要性能指標(biāo)。3.通過光譜測試和過濾性能測試，驗(yàn)證了復(fù)合薄膜具有良好的光學(xué)性能和過濾性能，且優(yōu)于現(xiàn)有的防護(hù)材料。4.深入研究了碳-氧化硅基介孔復(fù)合薄膜的防護(hù)性能隨材料結(jié)構(gòu)、大小及位置等參數(shù)的變化規(guī)律，并提出了優(yōu)化材料性能的方案。五、研究進(jìn)度安排本研究計(jì)劃于2022年3月開始，總計(jì)3年完成。預(yù)期的進(jìn)度安排如下：第一年：完成碳-氧化硅基介孔材料的制備、表征和復(fù)合薄膜的制備，并初步評估其表征和過濾性能。第二年：深入研究復(fù)合薄膜的防護(hù)性能，分析其受材料結(jié)構(gòu)、大小及位置等參數(shù)的影響規(guī)律，并針對性地優(yōu)化材料性能。第三年：進(jìn)行復(fù)合薄膜的性能測試，進(jìn)一步完善材料性能，完善防護(hù)材料的工藝和應(yīng)用。六、需求的經(jīng)費(fèi)預(yù)算本研究涉及到許多實(shí)驗(yàn)和測試工作，需要一定的經(jīng)費(fèi)支持才能夠順利開展。按照預(yù)期的研究內(nèi)容和進(jìn)度安排，估算所需經(jīng)費(fèi)如下：設(shè)備費(fèi)：50萬元。材料費(fèi)：80萬元。測試費(fèi)：50萬元。人員費(fèi)用：100萬元。會(huì)議費(fèi)：20萬元。合計(jì)：300萬元。七、參考文獻(xiàn)1.Dai,Y.;(Junkuo)Gao,Y.;Zhang,X.;Simonsen,J.;Su,D.;Wang,Y.;...&Wang,Y.-C.(2019).InfluenceofSurfaceChemistryandHydrophilicityofMesoporousSilicaNanostructuresonTheirPerformanceasDrugDeliveryVehicles.ACSAppliedMaterials&Interfaces,11(30),27068-27079.2.Wang,H.;Xu,P.;Xu,M.;Bu,P.;Li,Y.;Li,J.;&Cheng,K.(2017).Mesoporoussilicananoparticlesasdrugdeliveryvehiclesforanti-inflammatorydrugdiclofenacsodium:apH-responsivereleasestudy.JournalofBiomaterialsApplications,32(4),442-451.3.Likodimos,V.;Stalikas,C.D.;&Stratakis,E.(2018).Hierarchicalzincoxide/mesoporoussilicathinfilmsforhighlydurablegassensingapplications.ACSAppliedNanoMaterials,1(6),2638-2647.4.Sun,Z.;Xu,P.;&Zhou,X.(2017).Dual-channelfluorescentsensingofFe(3+)basedonnaphthalimide-GUMBOSembeddedinmesoporoussilicananoparticles.JournalofMaterialsChemistryC,5(19),4721-4728.5.Yang,X.;Lai,S.;Zhang,J.;Liu,Y.;Qin,Z.;Dong,L.;&Wu,J.(2019).Controlledgrowthofmesoporoussilicananospheresontotwo-