石墨烯納米復(fù)合材料的制備及在生物支架中的研究和應(yīng)用.pdf

1、由于石墨烯獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，使其在電子器件、場(chǎng)發(fā)射材料、復(fù)合材料、氣體傳感器、能量存儲(chǔ)以及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。一直以來(lái)，石墨烯作為一種理想的納米填料用于制備聚合物復(fù)合材料。但目前為止，石墨烯材料大多是采用氧化還原法制備的。且如何將石墨烯均勻地分散到聚合物基體中，并制備成石墨烯納米復(fù)合材料，以及其應(yīng)用仍然困擾著人們。
　　本學(xué)位論文圍繞著以上問(wèn)題，嘗試了多種新穎的方法來(lái)制備石墨烯及石墨烯納米復(fù)合材料。并

2、將納米復(fù)合材料應(yīng)用于生物支架領(lǐng)域。本論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　1)首先在不破壞石墨烯共軛結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)非共價(jià)鍵對(duì)石墨烯進(jìn)行修飾，可以使還原后的氧化石墨烯(GO)穩(wěn)定地懸浮在水溶劑中。本文選用水溶性高分子材料一聚乙烯醇(PVA)作為基體，表面修飾劑選用聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)。利用PSS對(duì)GO進(jìn)行非共價(jià)鍵表面修飾，并對(duì)GO進(jìn)行還原。在還原的過(guò)程中，GO沒(méi)有因?yàn)槭ズ趸鶊F(tuán)而出現(xiàn)團(tuán)聚。還原氧化石墨烯(rGO)在PSS的作用

3、下，在水溶劑中仍然保持著懸浮狀態(tài)。這是由于π-π鍵的相互作用而使PSS與石墨烯片層之間產(chǎn)生了很強(qiáng)的吸附性。
　　2)將GO和rGO的懸浮液與PVA溶液進(jìn)行混合來(lái)制備石墨烯納米復(fù)合材料。Raman和FT-IR結(jié)果顯示PVA和rGO之間有強(qiáng)大的相互作用，如π-π鍵、氫鍵和CH-π。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行DSC分析發(fā)現(xiàn)，隨著GO或rGO的加入使得復(fù)合材料的中的分子鏈?zhǔn)艿搅讼拗?，?dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）升高。特別是rGO的加入使復(fù)合材料的玻璃化

4、轉(zhuǎn)變溫度提升到109℃;同時(shí)，熔融過(guò)程也受到了很大的影響。這是由于在還原過(guò)程中部分rGO恢復(fù)了sp2結(jié)構(gòu)，使rGO的導(dǎo)熱性更強(qiáng)。同時(shí)，通過(guò)XRD的表征發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入破壞了PVA晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其無(wú)法形成晶體。另外研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的力學(xué)性能得到改善，例如0.1wt％的rGO就可以使復(fù)合材料的楊氏模量提升55％;0.3wt％的rGO可以使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提升48％。
　　3)將制備的PVA/GO和PVA/rGO納米復(fù)合材料用作生物支

5、架。在PVA基體中加入GO或rGO，改變了原有支架的性質(zhì)。當(dāng)加入GO時(shí)，降低了生物支架的表面粗糙度;而加入rGO后，生物支架的表面粗糙度有所增加。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，GO或rGO的加入使生物支架表面親水性降低，而且隨著GO或rGO量的增加，支架表面的親水性也隨之降低。經(jīng)過(guò)對(duì)生物支架進(jìn)行小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(NIH-3T3)的存活檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NIH-3T3細(xì)胞更容易吸附在含有GO或rGO的生物支架上，特別是在含有rGO的生物支架上。
　　4)由于