水滑石(LDH)是一类结构与粘土相似的阴离子层状化合物。一般来说，LDH的主层由两种金属氢氧化物组成，因此也称为层状双氢氧化物，其中客体分子或离子在主层之间高度有序。在过去的10年中，LDH的合成在新的组成和形态方面取得了显著的进展,相关著作已经进行了系列的报道。它的主要显著性能是阴离子交换、组分的柔韧性、生物的相容性等方面，因此，它在催化、水凝胶和超级电容器等超分子自组装材料领域受到了广泛的关注。有报道称，LDH与还原氧化石墨烯自组装形成超晶格结构，并充分利用LDH叠加的二维原子层形成高循环强度的超级电容器。Win等开发了自组装共价交联LDH纳米复合水凝胶，具有超高的含水量和优异的力学性能。这些研究为LDH作为一个自组装单元提供了重要线索。

目前，自组装膜的制备方法有滴涂法、渗透自组装法、LBL自组装法、LB自组装法等。与各种工艺相比，通过LB系统可以实现薄膜的自组装排列和层厚的可控调节并且能够得到表面均匀致密的薄膜。

受这些启发，本研究考虑到LDH粉末的片间夹层结构容易变形、回收困难等缺点，预想能够在分子水平上制备出行为可控的薄膜结构。目前关于LDH和染料分子自组装的文章还鲜有报道。因此，本文拟使用LDH作为构建薄膜材料的原始平台，以一些染料溶液作为亚相，结合LB技术自组装制备一系列复合膜，并用于探究复合膜的酸致变色特性。

本研究将磺酸盐阴离子交换后的LDH与染料分子组装在气液界面上，运用不同的表征方法探究了LB复合膜的微观形貌和自组装机理,并通过紫外光谱研究了制备的含有染料分子的LDH复合膜在酸性氛围和碱性氛围作用下的颜色可逆变化机理。由此看来，本研究工作的成果将为功能自组装薄膜和酸致变色材料的实际应用提供了新的思路。

1、实验部分

1.1实验药品与仪器

本研究所用Mg/Al水滑石是根据Chen等相关文献报道低过饱和共沉淀和阴离子交换的方法合成的，这里将前驱体命名为LDH-Nac，离子交换后的命名为LDH-HS，二者均为白色粉末状，在水溶液中分散性较好。藏红T(简称：ST)和亚甲基蓝(简称：MB)染料粉末购自上海阿拉丁试剂厂。氢氧化钠试剂购自国药试剂厂，甲醇购自津东天正精细化学试剂，无水乙醇等化学试剂购自秦皇岛化学试剂厂。实验用的去离子水均为实验室二次净化后的。

本研究中Langmuir薄膜的制备是利用型号为KN2002的LB系统进行的，其中包括表面压力-面积(π-A)等温曲线的测定和LB复合薄膜的制备。实验中Langmuir膜的紫外光谱(UV)的测试是将复合膜沉积在洗净的石英基底上，采用紫外可见分光光度计进行测试。原子力显微镜(AFM)测试样品的尺寸设定为10×10 mm。

1.2实验过程

1)两种染料亚相溶液的制备：用电子分析天平分别称取一定质量的染料粉末，使用两个1 000 mL容量瓶分别配置浓度为0.000 1 mol/L的染料溶液。

2)LDH-HS分散液的制备：称取0.004 8 g已经制备好的LDH-HS粉末，用甲醇/水体积比为5∶1的比例将其溶解，充分混合超声分散，配制成0.75 mg/mL的LDH-HS甲醇溶液作为分散液。此处使用甲醇溶液的原因：甲醇和水溶液以一定的比例可以很好地溶解LDH-HS，更好地调节了溶液的极性；作为挥发溶剂，有益于下一步实验LDH-HS均匀扩散在亚相表面。

3)Langmuir膜的制备：首先需要用清洁刷蘸取酒精和超纯水进行预处理，把聚四氟乙烯凹槽刷洗干净。然后，将亚相溶液(纯水、ST、MB溶液)倒入凹槽，调节天平平衡，用玻璃微型注射器把200μL的均相液逐滴分散在所使用的染料溶液亚相表面。接着将LB系统的各项参数进行合理的设置，如：目标转移膜压力、障碍移动速度等。之后，静止等待25 min。确保甲醇溶剂充分地挥发，同时，分散液可以在水相表面均匀地扩散。由此便可获得π-A曲线。

经过图像分析，选定合适的目标膜压(本实验根据实际需求，选定转移膜的压力为15 mN/m)。重复以上步骤，最后用垂直提拉膜法或者水平附着膜法把得到的恒定压力下LDH-HS/染料Langmuir复合薄膜转移到铜网、石英片、CaF2片、云母片或玻璃片基底上。

转移单层Langmuir膜样品用于AFM测试。这里需要注意的是基底必须为新鲜剥离的云母片。具体方法是：

在LB系统控制下，把刚剥离的云母片垂直浸入到亚相溶液界面以下，之后再扩展LDH-HS均匀分散溶液。待复合膜压力达到系统设定值时，系统便会自动以0.5 mm/min的速度将云母基片垂直从液相底部往上缓慢拉起，最终在云母片上就得到了单层复合薄膜。

转移多层Langmuir膜的样品可用于测试UV、IR、SEM等，分别使用的基底是石英片、CaF2片、玻璃片。以CaF2片基底为例，即直接将亚相加入凹槽然后表面分散均相溶液，设置合理目标膜压，等待表面压力达到目标压力并稳定、平稳地将CaF2片水平附着到气-液界面，完成单层复合膜的转移，当再次达到压力稳定时再一次重复该转移过程，最终就得到了多层Langmuir膜。

4)酸致变色特性研究：酸致变色指的是当溶液或者膜与酸、碱性溶液气体接触时，氛围pH值发生变化引起了溶液或膜的颜色发生了可逆的变化。本实验是将已经制备好的LB复合膜分别充分地暴露在空气、HCl气体和NH3气体氛围中，通过膜表面颜色变化以及测量得到的紫外可见光谱进一步说明复合膜的酸致变色特性。