[發(fā)明專利]一種仿貝殼結(jié)構(gòu)纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811240830.6
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109369962B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡源;邱水來;胡偉兆;宋磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: C08L1/04
• 分類號: C08L1/04;C08K3/02;C08J5/18
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 喬恒婷

本發(fā)明公開了一種仿貝殼結(jié)構(gòu)纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜的制備方法，首先通過氫鍵相互作用獲得穩(wěn)定存在的纖維素納米纖維/黑磷烯分散液，然后通過自組裝的方式形成仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜。本發(fā)明以纖維素納米纖維作為黑磷烯納米復(fù)合膜的構(gòu)筑模塊，采用真空抽濾的方法進行自組裝，形成具有優(yōu)異力學(xué)性能和防火性能的仿貝殼結(jié)構(gòu)層狀復(fù)合膜。本發(fā)明所制備的纖維素納米纖維/黑磷烯層狀復(fù)合膜具有有序“磚?泥”層狀結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能優(yōu)異，此外還具有良好的生物相容性，可以用于組織工程和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合膜的制備方法，具體涉及一種仿貝殼結(jié)構(gòu)纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜的制備方法，屬于仿生技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

貝殼是大自然長期演化過程中創(chuàng)造出的完美結(jié)構(gòu)，它是由生物高分子，其中包含典型的膠原蛋白、角蛋白和甲殼素，占比1-5％；以及另一部分無機礦物質(zhì)，通常是磷酸鈣、碳酸鈣和無定形氧化硅組成的有機-無機天然層狀結(jié)構(gòu)材料。貝殼特有的多級有序“磚-泥”組裝結(jié)構(gòu)賦予它具有質(zhì)輕、強度高、韌性好的優(yōu)異力學(xué)性能。受到天然貝殼“磚-泥”結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研究者利用不同的方法制備出一系列仿生高強超韌性層狀復(fù)合材料。

纖維素在自然界中分布廣泛且含量豐富，是世界上年產(chǎn)量最大的生物質(zhì)，具有資源豐富的優(yōu)勢，同時還有無毒、可生物降解、綠色環(huán)保等優(yōu)點。目前研究工作者利用不同的方法可以制備纖維素納米纖維，其中，用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)表面催化氧化法可以制備出具有良好分散性的纖維素納米纖維(NFC)，當(dāng)纖維素納米纖維與其他物質(zhì)復(fù)合時，可以憑借纖維素納米纖維本身優(yōu)異的力學(xué)性能和光學(xué)性能，可以制備出透明的高性能的薄膜材料，近年來受到科研工作者們的廣泛關(guān)注。

磷烯材料是由單層磷原子緊密堆疊積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新型磷納米材料。其特殊的微觀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，并且具有較高的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)性能，因此磷烯在能源存儲、吸附、催化、光電等領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛能。磷烯材料因磷原子層間具有較強的范德華力，易于發(fā)生層疊現(xiàn)象而形成類似薄膜的片狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致比表面積大幅減少，從而嚴重損失磷烯特有的吸附、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異性能。此外，黑磷烯表面難以產(chǎn)生可反應(yīng)性基團，類似于石墨烯，也具有溶解性、分散性差的缺點，使其應(yīng)用受到了很大限制。羥基化黑磷烯由黑磷表面改性而來，改性后部分羥基基團會附著在其表面，使其與黑磷烯的特性有所不同，羥基化黑磷烯可以更好的分散在水和有機溶劑當(dāng)中，彌補黑磷烯易團聚、分散性差等缺陷，有利于黑磷烯的實際應(yīng)用。

將黑磷烯與纖維素納米纖維這兩種納米材料復(fù)合在一起，將有利于綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)異性能。在現(xiàn)有技術(shù)中，制備的基于黑磷烯的薄膜機械性能較差，制備工藝復(fù)雜。另外對于磷烯的層疊、表面難以改性等缺點沒有很好的處理方法，而且，目前為止沒有出現(xiàn)磷烯-纖維素納米纖維復(fù)合膜及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種仿貝殼結(jié)構(gòu)纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜的制備方法。本發(fā)明所制備的纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜具有有序的“磚-泥”層狀結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能優(yōu)異，且具有良好的生物相容性，將來可以用于組織工程和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

本發(fā)明仿貝殼結(jié)構(gòu)纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜的制備方法，首先通過氫鍵相互作用獲得穩(wěn)定存在的纖維素納米纖維/黑磷烯分散液，然后通過自組裝的方式形成仿貝殼結(jié)構(gòu)的層狀纖維素納米纖維/黑磷烯復(fù)合膜。具體包括如下步驟：

步驟1：纖維素納米纖維分散液的制備

將天然纖維素、TEMPO與NaBr加入到去離子水中，分散均勻，然后加入NaClO，調(diào)節(jié)體系的pH值至8～12，在溫度低于40℃的條件下氧化反應(yīng)6h，過濾、洗滌并干燥，得到纖維素納米纖維，測定其水含量為85％左右，再將其分散于蒸餾水中，得到纖維素納米纖維分散液；

步驟2：黑磷烯分散液的制備