一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用

1.本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种粘土材料的插层方法、二维材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.粘土矿物材料由于其储量丰富、来源可持续、天然无污染等特点，成为当前的热点领域。二维粘土矿物材料大规模应用的前提是实现其可控制备，二维材料的制备方法主要包括“自下而上”的化学气相沉积法和“自上而下”的剥离法。其中，化学气相沉积法可以制备高质量的单层二维材料，但该方法规模小、成本高，且不适用于制备粘土矿物这类具有复杂成分和结构的多元材料。与之相对，剥离法可用于制备粘土矿物的二维材料，然而，目前常规的粘土矿物的剥离方法所得的二维材料片径较小、耗时较长且有时会用到腐蚀性试剂。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种一种粘土材料的插层方法，能够实现大片径、高质量二维矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备。
4.本发明还提出一种二维材料的制备方法。
5.本发明还提出一种二维材料。
6.本发明还提出一种复合材料。
7.本发明还提出一种复合材料的制备方法。
8.本发明还提出一种玻璃涂层材料。
9.本发明还提出上述二维材料或复合材料的应用。
10.本发明的第一方面，提出了一种粘土材料的插层方法，包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料；其中，所述高分子溶液中高分子的质量分数为0.5-3％。
11.根据本发明实施例的粘土材料的插层方法，至少具有以下有益效果：
12.本发明提供了一种高分子插层黏附剥离粘土材料，得到二维粘土矿物材料的方法，通过研磨或球磨层状粘土材料与高分子溶液的混合物，使得高分子黏附和插层在层状粘土材料内部，从而扩大层状粘土的层间距，减小层间相互作用，同时通过施加在层间的剪切力，促进二维粘土材料片层的滑离与剥落。本发明中高分子溶液中高分子的质量分数为0.5-3％，能够实现大片径、高质量二维矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备，操作过程简单方便，制备时间较短，天然无污染、能耗低、适用于大规模工业生产。
13.所述粘土材料为粘土矿物材料。
14.本发明的第二方面，提出了一种二维材料的制备方法，所述制备方法包括：利用上述的插层方法，使所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到所述二维材料。
15.根据本发明实施例的二维材料的制备方法，至少具有以下有益效果：
16.本发明通过采用高分子插层黏附制备二维粘土矿物材料，制得的二维材料片径大、质量高，制备过程天然无污染，能够实现大片径、高质量二维粘土矿物材料的绿色、高效、大规模剥离制备，操作过程简单方便、天然无污染、能耗低、适用于大规模工业生产。
17.在本发明的一些实施方式中，所述高分子包括天然改性高分子。
18.在本发明的一些实施方式中，所述高分子包括羟基或羧基中的至少一种。
19.在本发明的一些实施方式中，所述高分子包括羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、甲壳素、壳聚糖、明胶或蛋白质中的至少一种。
20.通过上述实施方式，高分子选自富含羟基、羧基官能团的天然改性高分子。粘土矿物材料在自然界中来源广泛、天然无毒、成本低廉，可循环使用，且其表面具有悬挂羟基，层间有自带电荷，可以与高分子之间形成丰富的相互作用，从而促进高分子的插层和黏附。
21.在本发明的一些实施方式中，所述高分子溶液包括高分子和溶剂。优选地，所述溶剂包括水、醋酸、乙醇或丙酮中的至少一种。更优选地，所述水为去离子水。
22.在本发明的一些实施方式中，所述高分子与粘土材料的质量比为(0.1-50):1。
23.在本发明的一些实施方式中，所述粘土材料包括高岭石族粘土、蒙脱石族粘土、伊利石族粘土、绿泥石族粘土或蛭石粘土中的至少一种。
24.在本发明的一些优选的实施方式中，所述粘土材料包括高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石或蛭石中的至少一种。
25.在本发明的一些实施方式中，所述粘土材料的粒径为3-8mm。
26.在本发明的一些实施方式中，所述粘土材料包括上海西格玛奥德里奇贸易有限公司的蛭石颗粒、上海西格玛奥德里奇贸易有限公司的蒙脱土颗粒、新疆尉犁蛭石颗粒、河北灵寿蛭石颗粒或上海麦克林生化科技有限公司的蛭石颗粒。
27.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液ⅰ，去除所述高分子，得到所述二维材料。
28.在本发明的一些优选的实施方式中，所述研磨的时间为12h以内。
29.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述研磨的时间为8h以内。
30.在本发明的一些优选的实施方式中，所述研磨转速为90-110r/min。
31.在本发明的一些更优选的实施方式中，采用臼式研磨仪研磨所述混合物，研磨时长为8h以内，研磨转速为100r/min。
32.研磨过程采用臼式研磨仪全自动处理，功耗低，操作方便，工艺流程简单快捷，适用于工业生产。
33.在本发明的一些实施方式中，所述高分子溶液与粘土材料的混合物的制备方法包括如下步骤：取高分子溶液和粘土材料，混合，得到所述混合物。
34.具体步骤包括在研钵中加入配置好的一定黏度的高分子溶液，再加入一定质量比例的层状粘土矿物，搅拌混合均匀。
35.在本发明的一些优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括：离心、洗涤，或者抽滤、洗涤，或者透析中的至少一种。
36.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括如下操作：
37.sa-1，将所述分散液ⅰ静置，取其上清液，离心，得到上清液ⅰ和沉淀，去除上清液ⅰ；
38.sa-2，将所得沉淀与溶剂混合，离心，得到上清液ⅱ和沉淀ⅰ，去除上清液ⅱ；
39.sa-3，重复步骤sa-2n次，n≥1，n为整数。
40.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤sa-1～sa-3中，所述离心的速率不低于5000r/min。
41.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤sa-1～sa-3中，所述离心的时间不低于30min。
42.在本发明的一些更优选的实施方式中，步骤sa-2～sa-3中，所述溶剂为去离子水。
43.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括如下操作：
44.sb-1，将所述分散液ⅰ静置，取其上清液，抽滤，得到滤饼；
45.sb-2，将所得滤饼与溶剂混合，抽滤，得到滤饼ⅰ；
46.sb-3，重复步骤sb-2n次，n≥1，n为整数。
47.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述高分子的去除方式包括如下操作：
48.sc-1，将所述分散液ⅰ静置，取其上清液，置于透析袋中，将所述透析袋置于去离子水中，透析6-10h，取出透析袋；
49.sc-2，重复透析3次以上。
50.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述透析采用的透析袋的截留分子量为10-350k d。
51.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：
52.s1，将高分子溶液与粘土材料混合，得到混合物；
53.s2，所述混合物经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液ⅰ；
54.s3，静置，取上清液，离心，去除所述高分子，得到分散液ⅱ，得到所述二维材料。
55.所述制备方法还包括步骤s4，将所述分散液ⅱ进行稀释，得到所述二维材料。
56.本发明的第三方面，提出了一种二维材料，所述二维材料采用上述二维材料的制备方法制得。
57.在本发明的一些实施方式中，所述二维材料的片径大于0.1μm。
58.在本发明的一些实施方式中，所述二维材料可存在于分散液中，或者以固体形式存在。
59.本发明的第四方面，提出了一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括：利用上述的插层方法，使所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到所述复合材料。
60.根据本发明实施例的复合材料的制备方法，至少具有以下有益效果：
61.本发明通过采用高分子插层黏附制备二维粘土矿物材料，制得的二维材料片径大、质量高，制备过程天然无污染且可以实现规模化制备。本发明可实现二维粘土矿物和高分子的复合薄膜的连续均匀制备，得到的二维粘土矿物/高分子的复合材料具有优异的力学性质、热稳定性、可见光透过性、紫外线阻挡性以及可循环性，可以应用于环境保护、电子器件、传感器或功能复合材料领域中，尤其适用于多功能玻璃涂层中，应用前景好。
62.所述复合材料包括上述的二维材料或由上述二维材料的制备方法制得的二维材料。
63.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土
材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液ⅰ，通过蒸发诱导自组装，得到所述复合材料。所述分散液ⅰ含有所述二维材料。
64.其中，蒸发自组装时长可视实验环境湿度和温度而定。
65.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：取高分子溶液与粘土材料的混合物，经研磨或球磨，所述高分子插层剥离所述粘土材料，得到分散液ⅰ，超声，搅拌，去除气泡，蒸发诱导自组装，得到所述复合材料。
66.在本发明的一些优选的实施方式中，所述超声采用水浴超声。优选地，超声功率为100-400w，超声时长为10-30min。
67.在本发明的一些优选的实施方式中，所述搅拌的速率为400-800r/min，搅拌的时长为10-30min。优选地，所述搅拌采用顶置式搅拌器进行搅拌。
68.在本发明的一些优选的实施方式中，采用真空烘箱抽真空模式进行去除气泡。
69.在本发明的一些优选的实施方式中，将分散液ⅰ进行超声和搅拌处理，去除分散液ⅰ里的气泡后倒入模具中，放置于室内环境中，等待其蒸发自组装。
70.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述模具包含塑料培养皿、聚对苯二甲酸乙二酯柔性衬底、玻璃载玻片或聚四氟乙烯衬底中的至少一种。
71.本发明的第五方面，提出了一种复合材料，所述复合材料包括上述的二维材料或由上述二维材料的制备方法制得的二维材料，或者所述复合材料采用上述复合材料的制备方法制得。
72.在本发明的一些实施方式中，所述复合材料为复合膜。
73.本发明的第六方面，提出了一种玻璃涂层材料，所述玻璃涂层材料包括上述的复合材料。优选地，玻璃涂层为多功能玻璃涂层。所得的多功能玻璃涂层能同时满足审美及隐私需求、力学需求、热稳定性需求、可见光透过需求、紫外线阻挡需求以及可循环需求，应用前景好。
74.本发明的第七方面，提出了上述二维材料或复合材料在传感器或功能复合材料中的应用。
75.在本发明的一些实施方式中，将上述二维材料或复合材料应用于玻璃涂层制备中。
附图说明
76.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
77.图1为本发明实施例1中制备得到的二维蛭石分散液在激光照射下的实物图；
78.图2为本发明实施例1中制备得到的二维蛭石的透射电镜图像及片径统计图；
79.图3为本发明实施例2-7中制备得到的六种二维蛭石分散液的实物图；
80.图4为本发明实施例2-7中制备得到的六种二维蛭石片径测试结果图；
81.图5为本发明实施例8-9中制备得到的二维蛭石分散液的实物图；
82.图6为本发明实施例8-9中制备得到的二维蛭石透射电镜图；
83.图7为本发明实施例10中制备得到的二维蒙脱土分散液的实物图；
84.图8为本发明实施例10中制备得到的二维蒙脱土的片径测试结果图；
85.图9为本发明实施例11中制备得到的四种二维蛭石片径测试结果图；
86.图10为本发明实施例12中制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的实物图以及扫描电镜图像；
87.图11为本发明实施例13中制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的实物图；
88.图12为本发明实施例13中制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的应力应变曲线图；
89.图13为本发明实施例13中制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的热重分析曲线图；
90.图14为本发明实施例13中制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的紫外可见光谱图；
91.图15为本发明实施例13中制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的初始、循环1次和循环3次后的拉伸强度测试结果图；
92.图16为对比例1中制备得到的二维蛭石的扫描电镜图；
93.图17为对比例2中制备得到的二维蛭石的扫描电镜图。
具体实施方式
94.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
95.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
96.下列实施例中所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。
97.实施例1
98.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程包括如下步骤：
99.(ⅰ)取1.0g的层状蛭石颗粒(上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，z765422，颗粒粒径为2-3mm)。取1.0g的羧甲基纤维素钠(上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，黏度为5000-10000mpa
·
s)溶解于99.0g的去离子水中，配置成质量分数为1％的羧甲基纤维素钠溶液。之后，将羧甲基纤维素钠溶液和层状蛭石颗粒加入臼式研磨仪的研钵，手动预先搅拌均匀。启动臼式研磨仪，研磨转速为100r/min，研磨8h后，得到二维蛭石/羧甲基纤维素钠混合分散液。
100.(ⅱ)将得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠混合分散液静置，取上清液后，去除上清液中的羧甲基纤维素钠，具体步骤包括：将所述上清液以11000r/min的离心速率离心1h，取其沉淀，加水进行再次离心，重复离心5次，以去除羧甲基纤维素钠，得到沉淀产物(二维粘土矿物材料)，向沉淀产物中加水，得到二维蛭石分散液(其中，二维蛭石的浓度为1-2mg/ml均可)，得到二维粘土矿物材料。为便于检测和应用，可根据需求可对所述二维蛭石分散液
的浓度进行稀释。
101.实施例2
102.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石为新疆尉犁矿床所生产的蛭石颗粒(颗粒粒径为3～5mm)。
103.实施例3
104.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石为新疆尉犁矿床所生产的蛭石颗粒(颗粒粒径为5～8mm)。
105.实施例4
106.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石为河北灵寿矿床所生产的蛭石颗粒(颗粒粒径为3～5mm)。
107.实施例5
108.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石为河北灵寿矿床所生产的蛭石颗粒(颗粒粒径为5～8mm)。
109.实施例6
110.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石购自上海西格玛奥德里奇贸易有限公司的蛭石颗粒(z765422，颗粒粒径为2-3mm)。
111.实施例7
112.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中的层状蛭石购自上海麦克林生化科技有限公司的蛭石颗粒(v885843)。
113.实施例8
114.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中采用海藻酸钠溶液代替实施例1中的羧甲基纤维素钠溶液。其中海藻酸钠，购自上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，粘度≥2000cp,2％(25℃)(lit.)，来源于褐藻。
115.海藻酸钠溶液的配制包括如下操作：取1.0g的海藻酸钠粉末溶解于99.0g的去离子水中，用顶置式配搅拌器搅拌成质量分数为1％的均匀的海藻酸钠溶液。
116.实施例9
117.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中采用壳聚糖溶液代替实施例1中的羧甲基纤维素钠溶液。其中壳聚糖购自上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，脱乙酰度≥95％，黏度100-200mpa
·
s，来源于甲壳素。
118.其中壳聚糖溶液的配制包括如下操作：取1.0g的壳聚糖粉末溶解于99.0g去离子水和1.0g冰醋酸的混合溶剂中(ar，99.5％，mw＝60.05)，后置于60℃热台搅拌(300rpm)加
热12h，得到混合均匀的壳聚糖溶液。
119.实施例10
120.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其制备过程与实施例1相同，与实施例1的不同之处仅在于：本实施例中采用蒙脱土k10(上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，281522，powder)代替实施例1中的层状蛭石颗粒。
121.实施例11
122.本实施例提供四种二维材料，均为二维粘土矿物材料，具体为二维蛭石分散液，制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于，步骤s1中研磨时长分别为4h，12h，24h和48h。
123.实施例12
124.本实施例公开了一种复合材料，具体为二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜，其制备过程包括如下步骤：
125.(ⅰ)称取1.0g羧甲基纤维素钠，溶解在99.0g去离子水中，搅拌均匀，得到羧甲基纤维素钠溶液。
126.(ⅱ)在臼式研磨仪的研钵中加入1.0g的蛭石颗粒(上海西格玛奥德里奇贸易有限公司，z765422，颗粒粒径为2-3mm)和步骤(ⅰ)配制好的羧甲基纤维素钠溶液，手动预先搅拌均匀后启动研磨仪，研磨8h，得到二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合分散液。
127.(ⅲ)将二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合分散液100w超声20min，600rpm搅拌10min，并用真空干燥箱去除气泡，将其倒入塑料培养皿(6cm
×
6cm)中，室温室湿放置5天得到二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜。
128.本实施例还提供一种多功能玻璃涂层材料，包括实施例中制得的所述复合材料。
129.实施例13
130.本实施例公开了一种复合材料，具体为二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜，制备过程与实施例12相同，其与实施例12的不同之处仅在于：
131.步骤(ⅲ)中：将得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合分散液静置4h后的上清液与1～2滴不同颜色(黄色、绿色、蓝色、紫色、红色)的可食用色素(复配着色剂，产地为广东省广州市)混合均匀。
132.本实施例提供一种多功能玻璃涂层材料，包括实施例中制得的所述复合材料。
133.实施例14
134.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其与实施例1的不同之处仅在于步骤(ⅱ)中羧甲基纤维素钠的去除步骤不同，本实施例中具体为：
135.步骤(ⅱ)中，将得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠混合分散液静置，取上清液后，去除上清液中的羧甲基纤维素钠，具体步骤包括：将所述上清液抽滤，取其滤饼，加水进行再次抽滤，重复抽滤5次，以去除羧甲基纤维素钠，得到沉淀产物(二维粘土矿物材料)。
136.实施例15
137.本实施例公开了一种二维材料，为二维粘土矿物材料，其与实施例1的不同之处仅在于步骤(ⅱ)中羧甲基纤维素钠的去除步骤不同，本实施例中具体为：
138.步骤(ⅱ)中，将得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠混合分散液静置，取上清液后，去除上清液中的羧甲基纤维素钠，具体步骤包括：将所述上清液置于透析袋中，将所述透析
袋置于去离子水中，透析6-10h，取出透析袋(透析袋的截留分子量为10-350k d均可)，重复透析5次，得到二维粘土矿物材料。
139.实施例14-15的实验结果与实施例1相当。
140.对比例1
141.本对比例提供一种二维蛭石，制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于，步骤s1中采用的羧甲基纤维素钠溶液的质量分数为0.1％。
142.对比例2
143.本对比例提供一种二维蛭石，制备过程与实施例1相同，其与实施例1的不同之处仅在于，步骤s1中采用的羧甲基纤维素钠溶液的质量分数为5％。
144.试验例
145.本试验例对实施例及对比例得到的分散液、二维材料或复合薄膜进行了性能测试，具体包括：
146.(1)实施例1制得的二维材料的性能测试：
147.取实施例1步骤(ⅱ)制备得到的二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，使用激光照射，结果如图1所示，在激光照射下，清澈的二维蛭石分散液呈现明显的丁达尔现象，说明实施例1成功地将层状蛭石剥离成二维蛭石。
148.取实施例1步骤(ⅱ)制备得到的二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，制备透射电镜样品，其透射电镜图像及片径分布统计结果如图2所示，其中图2(a)为二维蛭石纳米片的低倍透射电镜图像，图2(b)为二维蛭石纳米片的高倍透射电镜图，图2(c)为二维蛭石片径大小统计图表，可以看出实施例1制备得到的二维蛭石具有较大的片径尺寸和较薄的厚度，其平均片径为1.83μm。
149.(2)实施例2-7制得的二维材料的性能测试：
150.分别取实施例2-7步骤(ⅱ)制备得到的二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，得到的实物图如图3所示，除产地不同引起的元素组成不同而导致的最终溶液颜色上有细微的差别外，制备所得的六种二维蛭石分散液均透明稳定，说明此六种层状蛭石颗粒均能通过高分子插层研磨实现有效剥离。实施例2-7得到的多种二维蛭石上清液的动态光散射结果如图4所示，结果表明采用高分子插层黏附得到的二维蛭石平均片径大小分别为：959.5nm，1052.6nm，1010nm，1002nm，1830nm，961nm，其片径大小的不同主要由不同产地带来的不同表面电荷，不同悬挂键数量等导致。
151.(3)实施例8-9制得的二维材料的性能测试：
152.分别取实施例8-9中步骤(ⅱ)制备得到的二维蛭石分散液，稀释到二维蛭石的浓度为1mg/ml，得到的实物图如图5所示，从图5中可以看出，海藻酸钠和壳聚糖溶液插层黏附剥离得到的二维蛭石分散液均匀稳定，说明海藻酸钠和壳聚糖也可以辅助剥离层状蛭石矿物。
153.图6是海藻酸钠和壳聚糖插层黏附剥离得到的二维蛭石纳米片的透射电镜图像，从图中可以看出，海藻酸钠和壳聚糖辅助剥离得到的二维蛭石纳米片片径大小分别为0.5～1μm和1～2μm左右。
154.(4)实施例10制得的二维材料的性能测试：
155.取实施例10步骤(ⅱ)制备得到的二维蒙脱土分散液，以3000rpm的转速离心15min
后取上清液，得到的实物图如图7所示，二维蒙脱土分散液均呈现稳定均匀状态，说明本发明可以实现对其他粘土矿物材料的有效剥离。
156.利用动态光散射仪器测定实施例10制备得到的二维蒙脱土分散液的片径分布结果，结果如图8所示，由图8可以看出，实施例10得到的二维蒙脱土平均片径为836.8nm。
157.(5)实施例11制得的二维材料的性能测试：
158.分别取实施例11制备得到的四种二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，其动态光散射如图9所示，结果表明采用不同研磨时长得到的二维蛭石平均片径大小分别为：1322nm，1589nm，480.9nm，347.6nm，说明恰当的研磨时长能够得到较大片径的二维蛭石，而过长的研磨时间反而会导致片径的减小。
159.(6)实施例12制得的复合薄膜的性能测试：
160.图10是本发明实施例12制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的实物图以及扫描电镜图，可以看出，本发明制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜具有均匀且连续的表面形貌。
161.(7)实施例13制得的复合薄膜的性能测试：
162.图11是本发明实施例13制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的实物图，可以看出，本发明制备得到的彩色二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜上色均匀，具有良好的可处理性与可加工性。
163.图12是本发明实施例13制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的应力应变曲线，从图12中可知，其抗拉强度为75.51mpa，杨氏模量为7.66gpa，展现出良好的力学强度。
164.图13是本发明实施例13制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的热重分析曲线，从图13中可知，其重量在300℃以下的空气中几乎保持不变，展现出高达300℃的良好的热稳定性。
165.图14是本发明实施例13制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的紫外可见光谱，从图14中可知，其在可见光范围内的透过率达到60％以上，在紫外光范围内的透过率低于20％，展现出良好的可见光透过性与紫外线阻挡性。
166.图15是本发明实施例13制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的初始，循环1次和循环3次后的拉伸强度，其具体操作为：
167.将本发明实施例13制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜撕碎成小片，加入适量的去离子水后超声形成混合均匀的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合分散液，再重复本发明的组装步骤(即蒸发诱导自组装)得到循环1次的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜。
168.从图15中可知，经过三次循环后，二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的拉伸强度仍然保持为初始复合薄膜拉伸强度的93.8％，展现出本发明制备得到的二维蛭石/羧甲基纤维素钠复合薄膜的可循环性。
169.(8)对比例1-2制得的二维材料的性能测试：
170.取对比例1制备得到的二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，制备扫描电镜样品，其扫描电镜图像如图16所示，由图16可以看出，低质量分数的高分子溶液(高分子质量分数低于0.5％)辅助制备得到的二维蛭石厚度较大，且团聚明显，说明一定
质量分数的高分子是实现高分子插层黏附剥离的关键。
171.取对比例2制备得到的二维蛭石分散液，以3000rpm的转速离心15min后取上清液，制备扫描电镜样品，其扫描电镜图像如图17所示，由图17可以看出，高质量分数的高分子溶液(高分子质量分数高于3％)辅助制备得到的二维蛭石厚度较大，且团聚明显，没有剥离完全，说明过高质量分数的高分子溶液无法有效的插层进入蛭石层间，也说明高分子的插层效果在剥离中的重要作用。
172.综上所述，本发明提出一种高分子插层黏附制备二维粘土矿物材料的方法及其一步法得到的二维粘土矿物/高分子在多功能玻璃涂层中的应用。具体地，本发明采用具有一定黏度的高分子溶液、层状粘土矿物为原料配制研磨前驱液，采用一锅法制备，操作简单。本发明通过利用高分子的插层和黏附功能，扩大粘土材料(如层状蛭石)的层间距，减小层间相互作用，同时通过施加在层间的剪切力，促进粘土材料片层的滑离与剥落。该方法能够实现大片径、高质量二维矿物材料的绿色、高效、大规模剥离。所制得的二维矿物材料片径可达1μm，片径大、质量高，制备过程天然无污染且可以实现规模化制备，即可实现高质量、大片径二维粘土矿物的大规模、绿色、高效、可控制备，对于实现其高值化应用，进而推动社会的可持续发展具有重要意义。同时，发明亦可实现二维粘土矿物/高分子复合薄膜的连续均匀制备，制得的二维粘土矿物/高分子复合材料具有优异的力学、热稳定性、光学、循环等性能，可以广泛应用于功能复合材料中。
173.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。