[發明專利]一種利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒增強三元復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810568504.1
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108976448B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陸楊;王湘穎;潘曉鋒;宋永紅;閆旭;薛敬哲;董良;楊沂;尚曉婭
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L5/08;C08K9/10;C08K3/22;C08K3/04
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 王華

一種利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒增強三元復合膜及其制備方法，將均勻分散在去離子水中的氧化石墨烯，高分子聚合物和磁性納米顆粒溶液通過攪拌均勻混合，利用噴涂自組裝的方法制備三元復合膜。本發明提供了一種簡單的成膜方法，復合膜利用龐大的氫鍵網絡構造出一種高強度，高韌性的復合膜，其拉伸應力和韌性分別為303MPa和10.28KJ/m³是純的高分子聚合物的6.06和9.6倍，同時由于加入磁性納米顆粒增加了界面摩擦力的作用，其拉伸應力也大于氧化石墨烯和高分子聚合物復合膜。此外，氧化石墨烯，高分子聚合物和磁性納米顆粒復合膜在交變磁場下有顯著的升溫效果，在將來，利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒構建的三元復合膜也可以幫助制造其他高性能復合膜。

技術領域

本發明涉及一種利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒增強三元復合膜及其制備方法，特別涉及一種氫鍵網絡和納米顆粒增強氧化石墨烯-高分子聚合物-磁性納米顆粒復合材料的制備方法，屬于納米材料復合領域。

背景技術

氧化石墨烯表面具有大量的含氧功能基團，很容易與高分子聚合物發生氫鍵作用而被廣泛的應用于納米復合材料領域。通過在高分子聚合物中加入適量的氧化石墨烯溶液可以制備出力學性能優異的復合材料。近年來，科研工作者也一直不斷地努力用各種高分子聚合物制備高性能的有機-氧化石墨烯復合材料。

德國的《Small》（2015年，第11期，第4298-4302頁）利用蒸發組裝制備出魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯復合膜，兩種物質通過氫鍵相連接，當氧化石墨烯的加入量僅為7.5%時，復合膜的力學性能比純的魔芋葡甘聚糖膜提高了151.6%，達到了183.3MPa。美國的《ACS納米》（ACS Nano,2015年，第9卷，第8165-8175頁）報道了通過抽濾法氧化石墨烯與海藻酸鈉的復合膜，兩種材料通過氫鍵鏈接，力學相比原始材料得到了極大的提高，應力可達到272.3Mpa，韌性可達到12.5 MJ/m³。

在復合膜體系中，我們還可以通過加入納米顆粒來增強復合膜的力學性能并賦予復合膜多功能性。荷蘭的《碳水化合物聚合物》（Carbohydrate Polymers，2013年，第92卷，第1781-1791頁）報道了四氧化三鐵-多層碳納米管-殼聚糖三元復合材料，其中四氧化三鐵可以起到增強層間摩擦力，同時在對整個體系力學的增強起到協同作用。這種三元復合膜較純的殼聚糖的力學性能提升159%。并且，復合膜的導電率最高達到105μS/cm。美國的《ACS納米》（ACS Nano,2015年，第9卷，第2167-2172頁）通過二氧化硅納米片，二氧化硅納米顆粒和PVA制備出了透明的三元復合膜，其中二氧化硅中的硅-氧鍵容易和PVA中的氫-氧鍵產生氫鍵作用，同時生長在二氧化硅納米片上的二氧化硅納米顆粒可以增加層間的粗糙度，進一步提升復合膜的力學性能。通過氫鍵和納米顆粒增強的復合膜最終的應力可達到31.6Mpa，而純的PVA膜只有13.5MPa。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒增強三元復合膜及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種利用氫鍵網絡和磁性納米顆粒增強三元復合膜的制備方法，包括下列步驟：

第一步：將氧化石墨烯水溶液滴加到高分子聚合物水溶液中，攪拌得到分散的氧化石墨烯-高分子聚合物分散液；

第二步：將粒徑為20-100nm的磁性納米顆粒水溶液滴加到所述氧化石墨烯-高分子聚合物分散液中，攪拌得到分散的氧化石墨烯-高分子聚合物-磁性納米顆粒分散液；

第三步：通過噴涂組裝的方法將所述氧化石墨烯-高分子聚合物-磁性納米顆粒分散液制成膜。

優選的技術方案為：所述氧化石墨烯水溶液的濃度為1-10mg/mL，所述高分子聚合物水溶液的濃度為1-10mg/mL，所述磁性納米顆粒水溶液的濃度為100-500μg/mL。

優選的技術方案為：所述氧化石墨烯-高分子聚合物分散液的氧化石墨烯的質量含量為1~50%。