氧化石墨烯的表面改性及其在纳米纤维膜中的应用

发布时间：2017-09-24 04:19

  本文关键词：氧化石墨烯的表面改性及其在纳米纤维膜中的应用

  更多相关文章： 氧化石墨烯 表面改性 聚电解质 纳米纤维

【摘要】：自石墨烯被发现以来,其独特的物理化学性质就吸引了众多注意力。但是因为石墨烯片层之间存在强烈的范德华力和π-π作用力,所以极容易发生不可逆团聚,再度成为石墨。而想要充分利用石墨烯的那些优良特性,就必须要能够保证石墨烯被充分剥离开来。石墨烯及其衍生物常常在被修饰之后,甚至直接用作聚合物基质的纳米填料。事实表明,填充了石墨烯及其衍生物纳米填料之后,聚合物基质的各项性能会显著提高。本论文研究内容主要包含三部分:第一部分是超支化聚甘油(HPG)、壳聚糖(CS)以及纳米银颗粒(AgNPs)对氧化石墨烯(GO)的表面改性及其在多种溶剂中的分散能力研究;第二部分是CS改性的GO对聚电解质(PEC)复合材料纳米纤维的力学性能影响;第三部分是纳米银颗粒(Ag NPs)改性的GO对PEC电纺纤维的性能影响。在第一部分中,本论文详细描述了石墨烯及其衍生物的三种表面改性方法。为了提高石墨烯在水中的分散性,超支化聚甘油(HPG)被共价接枝到了石墨烯表面。其基本原理是利用GO表面上丰富的含氧官能团作为引发剂,在140℃条件下引发环氧丙醇在其表面原位开环聚合形成HPG。由于HPG分子结构中含有大量亲水性基团,如-OH、C-O-C等,最终得到的产物能够在水中稳定分散超过三个月而不会出现任何沉淀。同时,考虑到第二部分课题需要,本实验还研究了如何保证GO在90 wt%的醋酸(AA)水溶液中的稳定性。具体思路如下:带负电荷的GO与在酸性条件下分子链中的氨基被质子化而带正电荷的CS分子发生静电吸引和氢键作用相互结合形成复合纳米粒子,从而使得GO表面上覆盖了一层CS,利用表面CS在酸性条件下极易质子化而相互排斥的特点,达到在90 wt%的AA水溶液中稳定分散GO的目的。考虑到第三个课题需要,本实验还探究了Ag NPs修饰的GO在90 wt%的AA水溶液和DMF中的分散性,发现了该粒子具有可逆性团聚的倾向。在第二部分中,本论文以壳聚糖/明胶(CS/GE)为PEC的模板,探究了GO作为PEC填料对其力学性能提高的影响。研究发现:在GO的填充量为1.5 wt%的时候,纳米纤维的拉伸强度、杨氏模量和韧度分别提高了340%、175%和460%。之所以能够起到这样的力学增强效果,是因为GO与聚合物基质之间强烈的界面作用力促使聚合物基质在受到外应力时,会将一部分外应力转移到了GO上。在第三部分中,本论文针对改善CS/GE纳米纤维膜的抗菌性能以及力学性能等问题,将第一部分中经过Ag NPs修饰的GO(GO-Ag NPs)填充到该纳米纤维中,来研究其抗菌性能、力学性能、银离子缓释和溶胀性能的变化。研究发现:在GO-AgNPs填充量为1.5 wt%时,其抑菌圈相比纯CS/GE分别增大了2.14倍和1.13倍;银离子释放时间延长到了15天,释放量达到了90%;其杨氏模量和拉伸强度分别达到了214.74 MPa和3.19 MPa,相较于纯CS/GE分别提高了4.13倍和2.54倍;在浸泡了30 min后,纤维膜的重量相比未浸泡时增加了3.39倍。
【关键词】：氧化石墨烯 表面改性 聚电解质 纳米纤维
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TQ340.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 缩写表12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 石墨烯及其衍生物概述13-14
• 1.2 氧化石墨烯在石墨烯制备中的作用14-16
• 1.3 氧化石墨烯在石墨烯表面改性中的作用16-18
• 1.3.1 石墨烯表面共价键修饰17-18
• 1.3.2 石墨烯表面非共价键修饰18
• 1.4 聚合物/石墨烯复合材料18-19
• 1.5 聚电解质复合材料概述19-20
• 1.6 静电纺丝纳米纤维20-21
• 1.7 本论文研究内容及其意义21-23
• 第二章 氧化石墨烯的表面改性及其在多种溶剂中的分散性研究23-45
• 2.1 前言23-25
• 2.2 实验部分25-30
• 2.2.1 实验材料与仪器25-26
• 2.2.2 氧化石墨烯的制备26-27
• 2.2.3 超支化聚甘油改性石墨烯27-28
• 2.2.4 壳聚糖改性氧化石墨烯28
• 2.2.5 纳米银改性氧化石墨烯28-29
• 2.2.6 产物结构和性质表征29-30
• 2.3 结果与讨论30-43
• 2.3.1 超支化聚甘油改性石墨烯形貌结构及其分散性分析30-38
• 2.3.2 壳聚糖改性氧化石墨烯的形貌结构及其分散性分析38-41
• 2.3.3 纳米银改性氧化石墨烯的形貌结构及其分散性分析41-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 壳聚糖改性氧化石墨烯对聚电解质复合材料纳米纤维力学性能的影响45-62
• 3.1 前言45-47
• 3.2 实验部分47-50
• 3.2.1 实验材料与仪器47-48
• 3.2.2 氧化石墨烯/壳聚糖/明胶纳米纤维的制备48-49
• 3.2.3 产品形貌与结构表征49-50
• 3.3 结果与讨论50-60
• 3.3.1 氧化石墨烯/壳聚糖/明胶纳米纤维形貌和结构性质的分析50-54
• 3.3.2 氧化石墨烯在壳聚糖/明胶复合材料中的分散情况54-55
• 3.3.3 氧化石墨烯/壳聚糖/明胶的力学性能分析55-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 纳米银改性氧化石墨烯/聚电解质电纺纤维的性能研究62-73
• 4.1 前言62-63
• 4.2 实验部分63-66
• 4.2.1 实验材料与仪器63-64
• 4.2.2 纳米银改性氧化石墨烯/聚电解质电纺纤维的制备64-65
• 4.2.3 产品性能表征65-66
• 4.3 结果与讨论66-71
• 4.3.1 纳米银改性氧化石墨烯/壳聚糖/明胶纳米纤维形貌以及结构分析66-67
• 4.3.2 纳米银改性氧化石墨烯/壳聚糖/明胶纳米纤维性能67-71
• 4.4 本章小结71-73
• 总结73-75
• 参考文献75-89
• 攻读硕士期间发表论文及专利89-91
• 致谢91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年

7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年

8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：909307