光热双重响应石墨烯复合水凝胶的制备与性能

发布时间：2022-01-15 04:39

　　刺激响应性水凝胶可在特定环境变化的刺激下做出响应行为,因此有希望应用于智能执行机构、软体机器人等领域。然而传统水凝胶需要与环境刺激直接接触（温度、pH等）才能发生响应行为,需要水等物质作为介质;且响应速率较慢,如温敏水凝胶通常需要十几个小时以上才能完全去溶胀,限制了刺激响应性水凝胶的应用。本文设计合成了 一种包含氧化石墨烯（GO）片、聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）微凝胶球体和PNIPAM链的复合结构水凝胶。通过控制聚合时间得到负载双键且粒径不同的PNIPAM微凝胶,将其作为部分交联点与N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）聚合从而提高水凝胶响应速率,GO作为光热转化的纳米填料掺入水凝胶体系。此方法制备的复合水凝胶同时具有温度敏感和近红外光敏感特性,同时具有较快的响应速率。通过对GO进行化学还原和化学修饰,进一步提升了该复合水凝胶的力学性能和响应性能。本文探究了 GO浓度、微凝胶的合成时间、NIPAM浓度等条件对水凝胶的光敏感性、温度敏感性和力学性能的影响,并探究了对GO的化学修饰和化学还原对水凝胶性能的影响。通过差示扫描量热法、扫描电镜、红外光谱、拉曼光谱分析等表征手段,分析了各个制备... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?ＧＯ结构模型１２１】??［２１＇??

在前１０?ｍｉｎ内ＧＯ的还原程度最大，电导率可升高５个数量级，达到１０?Ｓ／ｍ，??之后的１４００ｍｉｎ内，还原效率显著降低，最终得到的ｒＧＯ电导率为１５００Ｓ／ｍ，且环??氧基或羟基的还原对ｒＧＯ的导电性能具有较大影响，图２．２为还原前的ＧＯ和化学还??原２４?ｈ后的ｒＧＯ的ＳＥＭ图，从中可明显看出原始ＧＯ的表面较为光滑，还原２４?ｈ??后ｒＧＯ试样的表面翘曲不平。??热还原法是直接加热氧化石墨烯使之剥离为还原氧化石墨烯的还原方法。当氧化??石墨烯加热至１０５０?°Ｃ时会产生大量二氧化碳，二氧化碳在氧化石墨烯片层间的高压??挤压导致氧化石墨烯堆叠结构的剥离。ＭｃＡｌｌｉｓｔｅｒ■等［２６］详细分析了氧化石墨烯制备功??能化石墨烯片的热膨胀还原机理，氧化石墨的含氧基团在高温下迅速分解为气体，产??生的大量气体难以短时间迅速扩散，因此在氧化石墨烯片层间产生了压力，当此压力??大于促使石墨烯片聚集的分子间作用力时，就会发生剥离。研究还发现发生剥离的临??界温度必须超过５５０?°Ｃ，且由于功能化的、有缺陷的石墨烯薄片具有起皱的特性，其??并不会塌陷回石墨氧化物，而是高度团聚在一起。热还原法会对还原后氧化石墨烯薄??片的结构造成显著影响。Ｋｕｄｉｎ等发现热还原处理过程中

学硕士学位论文?文献之间时，石墨烯吸收光能转化为热能致使材料表面温度升高，温敏性的ＰＮＩＰ链收缩拉动石墨烯薄片的弯曲或扭曲，使其孔结构关闭，水分蒸发速率有可预测形状和动力学的双层结构，叶状膜可以在强太阳辐射下通过自卷主调节水分的蒸发，这种ｍＧ／ＰＮＩＰＡＭ膜提供了一种具有自适应能力应对环境智能材料制备思路。??

【参考文献】：
期刊论文
[1]丙烯酰胺与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵反相乳液聚合动力学[J]. 陈勇,单国荣.  化工学报. 2018(02)
[2]具有快速响应特性的环境响应型智能水凝胶的研究进展[J]. 刘壮,谢锐,巨晓洁,汪伟,褚良银.  化工学报. 2016(01)



本文编号：3589917