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细菌纤维素(BC)是一种新型生物纳米材料,其高强高模的纳米微晶纤维束组成了精细的三维网络结构,作为光学树脂基体的增强材料制备有机/无机纳米复合光学材料有着独特的优势。首先,其纳米纤维不仅可以保持树脂基体的高透明性,还可以提高树脂基体的力学性能赋予其出色的柔性和韧性。此外,BC具有大比表面积多孔性结构而且纳米纤维上具有大量的活性羟基,可以作为模板原位制备纳米无机粒子。本文研究了一种BC基透明光学复合材料的新型制备方法。首先以BC为模板,通过原位结晶法制备了BC/ZnS纳米复合材料,然后进一步与E56环氧树脂复合得到BC/ZnS/E56光学复合材料。考察了BC含量对BC/E56光学复合材料性能的影响以及锌离子前驱体浓度对BC/ZnS纳米复合材料和BC/ZnS/E56光学复合材料结构和性能的影响。1. BC/ZnS纳米复合材料的制备与表征本文研究了锌离子前驱体浓度对BC/ZnS纳米复合材料结构和性能的影响。研究发现,尺寸单分散的纳米ZnS粒子均匀分散在BC表面,为球形聚晶结构。当锌离子前驱体浓度分别为0.1、0.5、1.0、2.5、5wt%时,BC表面对应的纳米ZnS粒径分别约为30～40nm、50～60nm、80～100nm、150～200nm、200～300nm。BC羟基与纳米ZnS具有强烈的相互作用。BC/ZnS纳米复合材料的力学性能较BC有所下降,但依然保持了出色的力学性能。2.细菌纤维素基透明光学复合材料的制备与表征首先制备了BC/E56光学复合材料,研究了BC含量对BC/E56光学复合材料性能的影响。研究发现,BC/E56光学复合材料(BC含量2.63-32.7wt%)展现出了优异的透光性能(70-85%,400-700nm),折射率介于1.52-1.56(632.8nm)之间,随着BC含量的增加而减少。BC/E56光学复合材料表现出各向异性的热膨胀行为。在平面方向,BC纤维方向与树脂平面热膨胀方向一致,极大地束缚了E56平面线热膨胀系数(81.6ppm/K),在BC含量为2.6wt%时,复合材料的平面线膨胀系数仅为42.6ppm/K;而BC厚度方向为层状结构,因此复合材料在厚度方向的线膨胀系数(155.9～210.8ppm/K)较E56(81.6ppm/K)大大增加,然而BC却并没有改变E56的体膨胀系数。因此,BC/E56光学复合材料在厚度方向热光系数(dn/dT)较E56(-144.6ppm/K)明显增大,为-265.6～-360.8ppm/K。BC/E56光学复合材料力学性能较E56有很大的提高,呈现出极佳的韧性和柔性。将BC/ZnS纳米复合材料进一步与E56复合制备得到BC/ZnS/E56光学复合材料,探讨了锌离子前驱体浓度对BC/ZnS/E56光学复合材料结构和性能影响。当浓度为0.1、0.5、1.0、2.5、5叭%时,复合材料内部对应的纳米ZnS粒径分别约为15～20nm、20～30nm、30～40nm、40～50nn、70～80nm,纳米ZnS含量随着反应浓度而增大。BC羟基与纳米ZnS间强烈相互作用有效阻止了纳米ZnS在与E56树脂复合过程中发生二次聚集,保持了纳米ZnS在复合材料内部均匀分散性。当浓度为0.1-1wt%时,BC/ZnS/E56光学复合材料具有优异透光性能(75-80%,600nm)。当浓度为2.5-5wt%时,由于BC表面纳米ZnS发生了团聚,使BC/ZnS/E56复合材料出现雾化透光率明显下降。BC/ZnS/E56光学复合材料的折射率为1.55-1.58(632.8nm),厚度方向的热光系数为-310.1ppm/K～-360.8ppm/K,随着纳米ZnS含量而增大。BC/ZnS/E56光学复合材料力学性能较BC/E56光学复合材料有所下降,随着反应浓度的增加而呈现出脆性。