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石墨柱采用了一种天然大分子—明胶作为辅助剥离石墨的原料。实验结果表明,石墨在明胶溶液中有着很好的剥离效果,在优化了剥离条件之后,制得的石墨烯的水分散液浓度最高可达 0.6mg/ml。拉曼光谱、TEM与AFM表征证明了剥离得到的石墨烯片层尺寸较小,几乎都在几百纳米至一、二微米之间。由于单宁酸能吸附在RGO表面阻止其团聚,因此整个还原过程中无需加入其他稳定剂,也因此RGO在多种溶剂中都具有很好的分散性及稳定性。然而,目前中仍存在不足之处,实验中通常所采用的还原剂为水合肼等一类具有很强毒性的试剂,对于人体及自然环境都有着巨大的潜在危害,且反应完毕后的废液处理也成为了难题。拉伸测试表明,复合物膜的机械性能与纯明胶膜相比得到了显著的提升。针对这一问题设计了两种环境友好型的石墨烯制备方法。 第一种方法:仍基于氧化石墨烯溶液还原法,采用一种天然植物多酚-单宁酸代替水合肼作为还原剂成功地制备了还原氧化石墨烯(RGO)。
石墨粉通过紫外、红外、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等测试手段证明了单宁酸对于GO的还原作用,并利用原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)等对制得的RGO的表面形貌进行了表征。石墨烯(Graphene)是由单层碳原子以六圆环形式紧密堆积而成的二维片状材料,具有理想的晶格结构和独特的电学、光学、力学和热学等性质,在纳米电子器件、传感器、储能器件及复合材料等领域有着广泛的应用前景。之后,利用单宁酸螯合金属离子的特性,一步法制备了RGO-银纳米粒子复合物,单宁酸在过程中同时还原GO和银离子,并且由于吸附和螯合作用使银纳米粒子固定在了RGO表面上。通过扫描电镜(SEM)观察复合物膜的拉伸断面,发现石墨烯在聚合物基体中分散程度很高,这也是石墨烯对于明胶优异的力学增强的决定因素之一。目前,石墨烯的制备方法主要包括:微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化石墨烯溶液(Graphene Oxide,GO)还原法和有机合成法等等。第二种方法:基于液相直接剥离石墨的方法。这种方法得到的石墨烯与化学还原法得到的石墨烯相比结构更完整、缺陷更少。其中,氧化石墨烯溶液还原法具有成本低、产率高以及可大批量生产等特点,是目前研究领域最被广泛应用的方法。TEM与AFM的结果同时显示了所得的石墨烯大多为几层,只有少数为单层石墨烯。紫外和XRD测试都证明了银纳米粒子的生成,而通过TEM更直观地观察到了RGO表面的银纳米粒子。 之后,利用石墨烯在明胶溶液中的分散液直接浇注制得了明胶-石墨烯的复合物膜。
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