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结构功能一体化的功能复合材料是目前材料物理与化学领域的一个重要研究方向。作为一种重要的功能材料,层状双金属氢氧化物(LDHs)独特的片状结构、可调的结构与组分、良好的生物兼容性,使其在污染控制、化工分离、光电材料、生物材料和催化材料等领域得到广泛的研究和应用。目前,基于二维纳米片多功能器件的设计、组装和集成已成为研究者关注的焦点,特别是功能石墨烯复合材料的发展,迫切需要我们从宏观到微观设计多功能LDHs基复合材料,并研究其相关性能。然而,由于LDHs特殊的二维结构,如何在微/纳米尺度下实现对LDHs基复合材料的结构控制和组分优化,进而实现对其物理和化学性能可控调变仍是一个极具挑战性的工作。分级结构的功能材料的可控合成已成为国内外研究的热点,它对于光学、吸附、催化和分离等以界面现象为主的应用有着重要的研究意义。这种材料在连续的微、纳米尺度范围下具有二重或者多重形态结构并呈现多层次分布,其特有的结构和形貌使其具有独特的物理化学性能。分级结构LDHs基复合材料由于具有纳米尺度的二维片状结构单元和亚微米及以上尺度的整体形貌,以及不同结构之间的协同和耦合效应,使其具有特殊表面性能。设计分级结构LDHs基复合材料,可有效防止LDHs纳米片在液相中团聚问题,改善LDHs粉体在生产和应用时难分离和回收问题,同时,增强材料的机械性能。材料的结构功能一体化体现了结构与功能之间的耦合关系,说明可以通过对材料微结构的设计和优化来调变材料的性能。本论文紧密跟踪当前层状材料研究动向,结合生物模板法和原位生长技术设计生物形态分级结构LDHs基复合材料,系统的研究了材料的制备工艺、化学组分、微结构及其耦合效应对材料性能的影响,并探讨多相LDHs基复合材料组分-工艺-微结构-性能之间的关系。主要研究工作和内容如下：1.利用原位生长技术,在基体铝片上定向生长LDHs薄膜,并考察薄膜的红外辐射性能。通过控制水热温度和时间获得系列形貌和微结构渐变的LDHs。根据薄膜材料的微结构变化控制其红外吸收和红外反射,进而控制LDHs薄膜的红外辐射性能。由于所制备的LDHs薄膜具有可调的形貌和结构,拥有可控的红外发射率性能,使其在低红外发射率材料和热控制方面都具有潜在的应用价值。该研究不仅为设计分级结构的LDHs基复合材料提了供理论基础,而且拓展了LDHs材料在吸波方面的应用。2.以Zn-Al LDHs层板金属为基础,设计分级结构的ZnO和Al2O3纤维。为了获得微/纳分级结构的ZnO,首先在脱脂棉纤维表面植入ZnO晶种,再采用硝酸锌/六次亚甲基四胺体系在纤维表面原位生长ZnO纳米棒,从而制备微/纳分级结构的ZnO纤维。通过模板法,制备生物形态的Al2O3纤维,以Al2O3纤维为骨架,通过水热反应,在其表面生长一层AlOOH纳米颗粒,再通过焙烧处理获得分级结构的Al2O3纤维。所提供的分级结构氧化物纤维的制备方法具有工艺简单和成本低廉等特点,所制备生物形态的功能氧化物在吸附、催化、光学和电子等领域有着潜在应用价值。3.以Zn-Al LDHs层板金属为基础,设计分级结构的LDHs/ZnO复合材料。该方法基于在脱脂棉纤维表面原位生长LDHs纳米片；通过去除生物模板,使所制备的复合材料具有微/纳分级结构。该合成路线不仅能获得生物形态的LDHs复合材料,同时能避开传统方法剥离LDHs存在的污染问题。由于LDHs纳米片与牛血清白蛋白(BSA)表面有机官能团之间的静电引力,以及复合材料独特的表面结构,所制备的复合材料有着良好的BSA分离性能。4. 以Zn-Al LDHs层板金属为基础,设计多组分ZnO/LDHs/Al2O3复合材料。以Al2O3纤维为基体和铝源,硝酸锌/六次亚甲基四胺为水热体系,通过调变实验条件,控制LDHs晶体生长和锌盐水解,制备生物形态ZnO/LDHs/Al2O3复合材料,并对复合材料的组分进行优化。以Mg-Al LDHs层板金属为基础,硫酸镁/尿素为水热体系,通过控制LDHs纳米晶生长热力学和动力学,对所制备的LDHs/Al2O3复合材料结构进行优化。优化后的复合材料具有独特的微/纳结构、较高的比较面积和较大的孔容。与焙烧LDHs/ZnO复合材料相比,结构优化的LDHs/Al2O3复合材料的比表面积由42.32m2/g增加到292.51m2/g,优化后的复合材料对BSA的吸附性能也进一步增强。5.以Zn-Al LDHs层板金属为基础,制备BSA/ZnO和BSA/LDHs杂化材料。利用静电引力将Zn2+吸附到BSA表面,并在BSA表面发生水解,形成ZnO/BSA纳米颗粒；在晶体驱动力的作用下,ZnO/BSA纳米颗粒进一步自组装成花状结构。所制备的BSA/LDHs杂化材料,不仅具有良好的生物兼容性,还具有良好的光学性能。利用BSA和金属铝离子之间的静电引力,将BSA和与铝溶胶组装成BSA/铝溶胶；采用原位生长技术,以BSA表面的铝溶胶为铝源,在其表面原位生长LDHs,从而制备BSA/LDHs杂化材料。所制备的杂化材料在生物分离、催化、吸附、传感和光学等领域有着潜在的应用前景。总之,本论文致力于将生物结构和生物功能引入到LDHs中,来改善LDHs基复合材料的表面性能和开发多层次、多维度乃至结构功能一体化的功能复合材料。通过本文研究,有助于揭示LDHs纳米片与生物材料之间的界面作用和LDHs纳米片原位生长机理,为更深入地研究其它层状材料的结构设计和组装提供了新的研究途径。对于有效控制材料的结构和形貌提供实验基础和理论依据,同时也推动其他复合材料的发展,深化材料的应用。