高分子—石墨烯复合材料的制备、表征及性能研究

发布时间：2018-02-06 03:53

  本文关键词： 石墨烯 高分子 共价修饰 非共价修饰 分散性　出处：《郑州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：二维晶体石墨烯自被发现以来一直是碳材料研究的热点,加上其出色的电学、热力学、机械性能更为各类材料的研究带来新突破,但由于石墨烯片层间的π-π相互作用使石墨烯易于在溶剂中聚沉,不利于分散,这样也给石墨烯在各方面的应用带来不小限制。本研究以石墨烯为研究对象,利用其共轭结构的特征,采用非共价和共价的方法对石墨烯进行功能化修饰,制得了几种不同的高分子石墨烯复合材料,使石墨烯在溶剂中的分散性能得到有效改善,为石墨烯的修饰进行了新的尝试。1、壳聚糖-石墨烯复合材料的制备、表征及性能研究以壳聚糖和氧化石墨烯为原料,选用四种分子量的壳聚糖分别与石墨烯通过静电引力作用发生非共价复合,超声离心后得到了四种复合物3 kDa CS-rGO、5kDa CS-rGO、10 kDa CS-rGO和200 kDa CS-rGO。通过FT-IR、TG、紫外、拉曼等手段对复合材料的物理化学性质进行表征,证明壳聚糖与石墨烯发生有效复合。FT-IR表征结果显示在引入石墨烯共轭体系后,复合材料中存在吸收峰波数减小的情况,根据XRD结果计算得复合后石墨烯片层面间距明显增大,在TEM和FE-SEM电镜图中也明显观察到石墨烯的特征结构。复合材料在pH 1.0~4.0范围内,均有较好分散性,pH 2.0时,四种复合物的分散性达到最好效果。随着pH值增加,复合材料分散性降低,有一定pH敏感性。在药物缓释性能测试中,以阿霉素为原料药,采用动态透析法测得不同时间点各个壳聚糖和复合材料的药物体外释放量,由此来评价不同载体的药物缓释性能。壳聚糖中3 k Da CS的缓释效果最好,复合材料中3 kDa CS-rGO的缓释性能最好,200 kDa CS在复合石墨烯前后药物缓释性能提高最大。2、壳聚糖离子液体衍生物-石墨烯复合材料的制备、表征及性能研究本章节中,利用咪唑离子液体与壳聚糖制得了溴化物键连壳聚糖离子液体衍生物,随即用于修饰石墨烯,得到壳聚糖离子液体衍生物-石墨烯复合材料CILCrGO。通过FT-IR、TG、紫外、XRD等技术,对所得复合材料进行了表征。FTIR和紫外表征证实在反应过程中,原料氧化石墨烯被还原,且复合材料中保持了CILC的原有官能团,通过TG表征也可求算出复合材料中rGO的含量。壳聚糖衍生物的烷基链长度发生改变时,得到的壳聚糖衍生物的吸水能力以及吸水后的状态不同,分为水溶液和水凝胶状态。在与石墨烯复合后,复合材料在水中均有良好分散性。在同样碳链长度的情况下,不同接枝率的壳聚糖衍生物与石墨烯的产物分散性能也不尽相同,48%1,6-CILC-rGO的最大分散程度更大。对各个样品的药物缓释性能也进行了相应探究。3、非共价咔唑基共轭高分子-石墨烯复合材料的制备、表征及分散性能本章节设计制备了三种结构单元不同的咔唑基共轭高分子(P1、P2、P3),分别非共价键修饰石墨烯制得三种产物P1-rGO、P2-rGO和P3-rGO。通过多种手段对所得材料进行了表征。根据TG表征计算得复合材料中rGO的含量可以判断三种间隔基团的高分子修饰石墨烯的能力,紫外结果表明P1-rGO在四氢呋喃中的分散性良好,符合Lambert-Beer定律,TEM中观察到在不同间隔基团的作用下,石墨烯在高分子表面的形态也不相同。由于三种高分子不同尺寸的间隔基团,三种复合材料的分散效果也不同。P1-rGO的分散性最好,可以1.5 mg/mL分散到THF、DMF和DMSO中,说明在三个共轭高分子中,含四苯乙烯基团的P1与石墨烯间复合作用更强,这不仅与其大π共轭体系有关,更与其扭曲的构型产生的较大位阻密不可分。通过对高分子结构的调控,可得到石墨烯含量不等的复合材料,这为石墨烯复合材料的制备提供了一条新思路。4、共价咔唑基共轭高分子-石墨烯复合材料的制备、表征及分散性能以咔唑基共轭高分子为原料,利用NaH的强碱作用获得咔唑氮负离子高分子中间体的同时,再与石墨烯发生亲核反应制得以共价键结合的咔唑基共轭高分子-石墨烯复合材料。利用红外光谱、荧光光谱、紫外可见光谱、XRD、TG、FE-SEM及TEM等对复合材料进行了表征。研究结果表明:咔唑基共轭高分子以C-N键的方式键连于石墨烯片层上,石墨烯如轻纱般将高分子包裹,并呈现有明显的褶皱。在高分子中引入石墨烯后,其高分子的荧光被淬灭。三个高分子材料中间隔基团不同,其所得复合材料中石墨烯含量不同。三个复合材料在四氢呋喃中均具有良好的分散性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332

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本文编号：1493511