本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯的表面改性及其在納米纖維膜中的應(yīng)用

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【摘要】：自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái),其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)就吸引了眾多注意力。但是因?yàn)槭┢瑢又g存在強(qiáng)烈的范德華力和π-π作用力,所以極容易發(fā)生不可逆團(tuán)聚,再度成為石墨。而想要充分利用石墨烯的那些優(yōu)良特性,就必須要能夠保證石墨烯被充分剝離開(kāi)來(lái)。石墨烯及其衍生物常常在被修飾之后,甚至直接用作聚合物基質(zhì)的納米填料。事實(shí)表明,填充了石墨烯及其衍生物納米填料之后,聚合物基質(zhì)的各項(xiàng)性能會(huì)顯著提高。本論文研究?jī)?nèi)容主要包含三部分:第一部分是超支化聚甘油(HPG)、殼聚糖(CS)以及納米銀顆粒(AgNPs)對(duì)氧化石墨烯(GO)的表面改性及其在多種溶劑中的分散能力研究;第二部分是CS改性的GO對(duì)聚電解質(zhì)(PEC)復(fù)合材料納米纖維的力學(xué)性能影響;第三部分是納米銀顆粒(Ag NPs)改性的GO對(duì)PEC電紡纖維的性能影響。在第一部分中,本論文詳細(xì)描述了石墨烯及其衍生物的三種表面改性方法。為了提高石墨烯在水中的分散性,超支化聚甘油(HPG)被共價(jià)接枝到了石墨烯表面。其基本原理是利用GO表面上豐富的含氧官能團(tuán)作為引發(fā)劑,在140℃條件下引發(fā)環(huán)氧丙醇在其表面原位開(kāi)環(huán)聚合形成HPG。由于HPG分子結(jié)構(gòu)中含有大量親水性基團(tuán),如-OH、C-O-C等,最終得到的產(chǎn)物能夠在水中穩(wěn)定分散超過(guò)三個(gè)月而不會(huì)出現(xiàn)任何沉淀。同時(shí),考慮到第二部分課題需要,本實(shí)驗(yàn)還研究了如何保證GO在90 wt%的醋酸(AA)水溶液中的穩(wěn)定性。具體思路如下:帶負(fù)電荷的GO與在酸性條件下分子鏈中的氨基被質(zhì)子化而帶正電荷的CS分子發(fā)生靜電吸引和氫鍵作用相互結(jié)合形成復(fù)合納米粒子,從而使得GO表面上覆蓋了一層CS,利用表面CS在酸性條件下極易質(zhì)子化而相互排斥的特點(diǎn),達(dá)到在90 wt%的AA水溶液中穩(wěn)定分散GO的目的�？紤]到第三個(gè)課題需要,本實(shí)驗(yàn)還探究了Ag NPs修飾的GO在90 wt%的AA水溶液和DMF中的分散性,發(fā)現(xiàn)了該粒子具有可逆性團(tuán)聚的傾向。在第二部分中,本論文以殼聚糖/明膠(CS/GE)為PEC的模板,探究了GO作為PEC填料對(duì)其力學(xué)性能提高的影響。研究發(fā)現(xiàn):在GO的填充量為1.5 wt%的時(shí)候,納米纖維的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和韌度分別提高了340%、175%和460%。之所以能夠起到這樣的力學(xué)增強(qiáng)效果,是因?yàn)镚O與聚合物基質(zhì)之間強(qiáng)烈的界面作用力促使聚合物基質(zhì)在受到外應(yīng)力時(shí),會(huì)將一部分外應(yīng)力轉(zhuǎn)移到了GO上。在第三部分中,本論文針對(duì)改善CS/GE納米纖維膜的抗菌性能以及力學(xué)性能等問(wèn)題,將第一部分中經(jīng)過(guò)Ag NPs修飾的GO(GO-Ag NPs)填充到該納米纖維中,來(lái)研究其抗菌性能、力學(xué)性能、銀離子緩釋和溶脹性能的變化。研究發(fā)現(xiàn):在GO-AgNPs填充量為1.5 wt%時(shí),其抑菌圈相比純CS/GE分別增大了2.14倍和1.13倍;銀離子釋放時(shí)間延長(zhǎng)到了15天,釋放量達(dá)到了90%;其楊氏模量和拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到了214.74 MPa和3.19 MPa,相較于純CS/GE分別提高了4.13倍和2.54倍;在浸泡了30 min后,纖維膜的重量相比未浸泡時(shí)增加了3.39倍。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨烯 表面改性 聚電解質(zhì) 納米纖維
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TQ340.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 縮寫(xiě)表12-13
• 第一章 緒論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備中的作用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 石墨烯表面共價(jià)鍵修飾17-18
• 1.3.2 石墨烯表面非共價(jià)鍵修飾18
• 1.4 聚合物/石墨烯復(fù)合材料18-19
• 1.5 聚電解質(zhì)復(fù)合材料概述19-20
• 1.6 靜電紡絲納米纖維20-21
• 1.7 本論文研究?jī)?nèi)容及其意義21-23
• 第二章 氧化石墨烯的表面改性及其在多種溶劑中的分散性研究23-45
• 2.1 前言23-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-30
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器25-26
• 2.2.2 氧化石墨烯的制備26-27
• 2.2.3 超支化聚甘油改性石墨烯27-28
• 2.2.4 殼聚糖改性氧化石墨烯28
• 2.2.5 納米銀改性氧化石墨烯28-29
• 2.2.6 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征29-30
• 2.3 結(jié)果與討論30-43
• 2.3.1 超支化聚甘油改性石墨烯形貌結(jié)構(gòu)及其分散性分析30-38
• 2.3.2 殼聚糖改性氧化石墨烯的形貌結(jié)構(gòu)及其分散性分析38-41
• 2.3.3 納米銀改性氧化石墨烯的形貌結(jié)構(gòu)及其分散性分析41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-45
• 第三章 殼聚糖改性氧化石墨烯對(duì)聚電解質(zhì)復(fù)合材料納米纖維力學(xué)性能的影響45-62
• 3.1 前言45-47
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分47-50
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器47-48
• 3.2.2 氧化石墨烯/殼聚糖/明膠納米纖維的制備48-49
• 3.2.3 產(chǎn)品形貌與結(jié)構(gòu)表征49-50
• 3.3 結(jié)果與討論50-60
• 3.3.1 氧化石墨烯/殼聚糖/明膠納米纖維形貌和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的分析50-54
• 3.3.2 氧化石墨烯在殼聚糖/明膠復(fù)合材料中的分散情況54-55
• 3.3.3 氧化石墨烯/殼聚糖/明膠的力學(xué)性能分析55-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 第四章 納米銀改性氧化石墨烯/聚電解質(zhì)電紡纖維的性能研究62-73
• 4.1 前言62-63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-66
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器63-64
• 4.2.2 納米銀改性氧化石墨烯/聚電解質(zhì)電紡纖維的制備64-65
• 4.2.3 產(chǎn)品性能表征65-66
• 4.3 結(jié)果與討論66-71
• 4.3.1 納米銀改性氧化石墨烯/殼聚糖/明膠納米纖維形貌以及結(jié)構(gòu)分析66-67
• 4.3.2 納米銀改性氧化石墨烯/殼聚糖/明膠納米纖維性能67-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 總結(jié)73-75
• 參考文獻(xiàn)75-89
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及專利89-91
• 致謝91

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本文編號(hào)：909307