温敏性石墨烯纳米复合水凝胶

温敏性石墨烯纳米复合水凝胶

摘要：将氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）添加到以锂藻土Laponite为交联剂，N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）为单体所制备的纳米复合水凝胶（简称NC凝胶）中。通过改变GO的含量，研究此类NC凝胶的红外响应性的变化。

关键词：氧化石墨烯；纳米复合NC凝胶；红外响应性

1 前言

1.1 水凝胶简介

凝胶是含有大量溶剂的具有三维网络结构的高分子[1]。吸收溶剂时会溶胀，排出溶剂时会收缩。因为其是交联结构，故凝胶一般只能溶胀不能收缩。凝胶的交联可以为物理交联，也可以是化学交联，物理交联是通过氢键、范德华力等物理相互作用实现的，而化学交联则是通过分子链间形成化学键实现的。

水凝胶就是以水为分散介质的凝胶，是一种能吸收大量水分并将其保留在三维网络结构的软质材料。水凝胶的这种高吸水高保水的性能使其在多种领域中有着广泛的应用。此外，水凝胶的固有特性与许多类型的生物组织非常地相似。因此水凝胶是近年来也是生物医用高分子材料研究的热点之一，具有良好的应用前景。

1.2 智能水凝胶及其应用

智能型水凝胶是指能够通过外界的刺激而自身产生敏感响应的水凝胶。根据外界刺激的响应情况，我们可以把智能水凝胶分为：温度响应性水凝胶、pH响应性水凝胶、光响应性水凝胶、压力响应性水凝胶、生物分子响应性水凝胶、电场响应性水凝胶等[2]。这类凝胶的智能性使其有可能应用在化学传感器、记忆元件开关、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、调光材料以及药物载体释控等方面。

1.3 高性能纳米复合水凝胶

纳米复合材料（Nanocomposite）的概念最早是由Roy于1984年提出的，它是指两相或多相的混合物中至少有一相的一维尺度小于100纳米量级的复合材料[3]。

2002年，日本Haraguchi[4]等将锂藻土（Laponite）纳米粒子分散在水中，使用N-异丙基丙烯酰胺（NIPAm）作为单体，在Laponite分散液中原位自由基聚合，不添加化学交联剂，得到了聚N-异丙基丙烯酰胺-Laponite纳米复合水凝胶（Nanocomposite Hydrogel，简称NC凝胶）。这种纳米复合水凝胶拉伸强度不仅约为常见水凝胶的10倍，而且断裂伸长率可以达到1300%，为常见水凝胶的50

倍，韧性高，打结后拉伸也不易拉断；透明性优异。

1.4 氧化石墨烯

石墨烯是21世纪国际上研究的热点，它是由碳原子构成的，具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以sp2杂化方式互相键合形成蜂窝状晶格网络，其基本结构单元是苯六元环，可看作是一层被剥离的石墨片[5,6]。石墨烯具有许多奇特而优异的性能。目前制备石墨烯的方法有很多，其中化学氧化还原法因为低成本大批量的特点而在制备石墨烯的方法中最有应用价值[7]。

简单的说，化学氧化还原法就是先将石墨氧化，片层之间会产生羰基、羟基、环氧基、羧基等[8,9]，使其层间距拉大，并且具有亲水性，可以在水中剥离成单层，然后再通过还原制备得到具有较高规整度的石墨烯。氧化石墨烯作为化学转化石墨烯的前体，也同样在水凝胶纳米复合材料中起到关键的作用，相比于石墨烯，氧化石墨烯因为含有多官能团更易与聚合物结合，且制备更加简单，成本更加低廉。

1.5 温敏性GO复合NC凝胶

温敏性水凝胶是指具有温度敏感性的水凝胶，即在某一温度下发生相转变，此温度称作相转变温度，当实际温度高于相转变温度时，水凝胶会失去其内部的水分。人们对温敏性凝胶的研究始于1956年，Scrapa等人发现线性的聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）水凝胶，在30~40o C之间某一温度，溶液会发生相分离，表现出所谓的最低临界溶液温度（Lower criticalsolution temperature, LCST）。1978 年，Tanaka又根据发现的PNIPAm 交联网络水凝胶所具有的温度敏感性，提出了第一个关于凝胶相转变的热力学理论。20世纪80年代初，日本学者伊藤昭二等人合成了一系列聚甲基丙烯酰胺类高聚物。此后具有这种温敏性的高分子凝胶不断涌现。从此，关于温敏性高分子凝胶的研究便成为了高分子领域一个新的研究热点[10]。

我们将合成的氧化石墨烯加入到NC凝胶中，最后得到GO复合NC凝胶，因为合成凝胶的单体中含有温敏性单体NIPAm，所以得到的复合水凝胶是温敏性的，可以红外光对其进行驱动。

2 石墨烯纳米复合水凝胶的制备

2.1温敏性GO复合NC凝胶的研究进展

目前而言，研究温敏性水凝胶主要都是研究的是PNIPAm。其结构如下：

可以看出其侧链上含有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基。理论上认为，其具有温敏性的原因就是这两个基团的亲水作用与疏水作用的相互平衡，当温度达到LCST时，平衡遭到破坏，发生体积相变。当温度低于LCST时，凝胶吸水溶胀，透明，表现出亲水性；当温度高于LCST时，凝胶脱水收缩，为乳白色，表现出疏水性。实验表明，PNIPAm的LCST大约为32℃，比较接近人体的生理温度，并且可以通过改变其内部的结构（疏水与亲水作用的平衡）而调整其LCST，故这类具有温敏性的智能凝胶在生物技术和医用领域具有广阔的应用前景。

传统的PNIPAM水凝胶合成方法是使用引发剂与化学交联剂发生自由基引发聚合并交联形成凝胶网络。然而，单纯通过化学交联形成的PNIPAm水凝胶（OR凝胶）存在许多缺点，OR凝胶的力学强度非常差，很容易破碎，并且当交联剂用量超过一定值，凝胶的透明性明显下降，在力学性能和光学性能上的严重缺陷阻碍了PNIPAm水凝胶的进一步应用。

在改善PNIPAm水凝胶力学性能方面，研究者们做了许多相关的研究工作。Haraghuchi[4,11]将单体NIPAm溶解分散在锂藻土片层（Laponite，直径约30nm，厚度约1nm）中，分别以KPS和TEMED作为引发剂和催化剂通过原位自由基聚合的方法制备合成了PNIPAM-Laponite纳米复合水凝胶，这种合成方法在保留高透明性和不改变PNIPAm水凝胶温度敏感性的前提下，极大地提高了凝胶的拉伸强度（断裂强度达到几十到几百kPa）和拉伸率（可达1300%）。纳米复合水凝胶赋予了凝胶高韧性，高拉伸率，高透明性，回复性好，高溶胀率等优异性能，为PNIPAm纳米复合水凝胶的应用提供了良好的基础。

为了提高PNIPAm水凝胶的温度响应速率，研究者们对凝胶外观进行了各种各样的设计，如将凝胶设计成多孔结构或者微球结构等。Hoffman[12]等人以APS 和TEMED作为氧化还原引发体系，在50℃条件（大于LCST）下引发NIPAM 单体聚合，形成大空洞PNIPAm水凝胶，这种水凝胶能够快速溶胀和去溶胀，对温度能做出非常快捷的响应。根据不同的应用要求，人们可以将PNIPAM水凝胶做成片状、条状、微球、胶乳观形状。

除此之外，为了使PNIPAm水凝胶在具有温敏性的同时还具有其他不同的性能，研究者们常将NIPAM与其他具有特殊性能的化合物共聚或者将它们的聚合物通过各种方法混合形成具有多种功能的复合型水凝胶。Hu Xiaobo[13]等将NIPAM单体与甲基丙烯酸钠（SMA）单体在Laponite片层悬浮水溶液中分散通过原位自由基共聚的方法合成了同时具有PNIPAM温敏性和PSMA的PH相应型的双重相应型功能的纳米复合水凝胶。

有的学者通过改变凝胶聚合物的组成来调节PNIPAm水凝胶的LCST。Takei[14]等分别在PNIPAm分子链中引入疏水性的链段（甲基丙烯酸丁酯）和亲

水性的链段（N,N-二甲基丙烯酰胺），发现疏水性链段含量的增加会使LCST值降低，亲水性链段含量的增加会使得LCST值上升。

2.2温敏性GO复合NC凝胶的制备

2.2.1 GO的合成

称取1g的石墨，23ml的浓度为98%的硫酸，以及0.5g的NaNO3于三口烧瓶中，冰水浴搅拌30min。再称取3g的KMnO4，缓慢加入到三口烧瓶中，搅拌2h。再升温至35℃，继续搅拌30min。搅拌完成后，往三口烧瓶内加入46ml的水，并将瓶外的水换成98o C的热水，继续反应15min。反应完全后，加入30%的H2O2还原多余的KMnO4至瓶内溶液成亮黄色且不再有气泡产生。将瓶内的溶液取出进行离心洗涤，先用5%的稀HCl洗3遍，除去残留的SO42-和金属离子，再用纯水洗涤3遍，以获得氧化石墨。将滤饼置于真空干燥箱中，温度设为60℃，充分干燥后即为纯净的氧化石墨。最后将其置于干燥皿中，以便制备GO 溶液时使用。

称取40mg的氧化石墨，并加入到10ml的去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌20min使其分散均匀，再利用超声仪进行超声剥离1h，此即为4mg/ml的GO溶液。同理可以制备得到3mg/ml，2mg/ml，1.5mg/ml，1mg/ml，0.5mg/ml 的GO溶液。

2.2.2 GO复合NC单层凝胶的制备

向制得的10ml的GO溶液中加入Laponite XLS 0.2g，放在磁力搅拌器上搅拌10min，再用超声仪超声1h，待粘土分散均匀后加入单体NIPAm 1.13g，冰水浴搅拌1h后加入引发剂KPS 0.5ml（浓度为20mg/ml）和还原剂TEMTD 10μl，再搅拌1min后注入2层玻璃板中，玻璃板中放有1mm厚的橡胶圈，用夹子夹紧，以防在注射的时候泄漏。将注射完的模具放入超声箱里超声1min，用来赶走里面的气泡。最后将模具置于20℃的恒温箱内24h，使其在常温下原位聚合，制得1mm厚的GO复合NC凝胶。将含有0.5mg/ml的GO，单体含量为1mol/l，2%Laponite（黏土（锂藻土）相对于水的质量分数）的凝胶记做GO0.5N1C2，其中，GO0.5N1C2中GO下标表示GO含量为0.5mg/ml，N下标表示单体含量为1mol/l，C下标表示粘土(Laponite XLS)相对于水的质量分数为2%。同理我们可以制备获得N1C2，GO1N1C2，GO1.5N1C2，GO3N1C2，GO4N1C2。

2.2.3 GO复合NC双层凝胶的制备

方法与单层制备的类似，首先制备一层含GO的N1C2凝胶，放入恒温箱反应24h后取出作为双层凝胶的第一层。称取Laponite XLS 0.2g于10ml去离子水中，用磁力搅拌器搅拌3h~4h至其分散均匀，溶液清澈透明。再加入单体NIPAm 1.13g，冰水浴中搅拌1h后加入引发剂KPS 0.5ml（浓度为20mg/ml）和还原剂

TEMTD 10μl，将模具中的1mm的橡胶圈换成2mm厚的橡胶圈，将搅拌后的溶液注入模具中，同样超声1min后放入恒温箱内反应24h。这样就制得了双层的凝胶，一层为含有GO的N1C2凝胶，颜色为棕色，且随着GO含量的增大，颜色变得越来越深，一层为不含GO的N1C2凝胶，颜色透明。

3 石墨烯纳米复合水凝胶的性能

3.1 单层凝胶的收缩

单层凝胶从模具（由两个玻璃板，一个橡胶圈以及若干夹紧它的夹子组成）中取出，切成条状，将其固定在红外灯箱内，通过红外灯光的照射研究其红外响应性。

使用红外光照射时，一段时间后凝胶开始脱水，随着时间的延长，越来越多的水从凝胶体内析出，凝胶发生收缩。这可能是因为红外照射时凝胶的温度会随之上升，当温度达到凝胶的相转变温度时，凝胶由亲水性转变为疏水性，这时水开始从凝胶体内溢出，凝胶开始收缩变小。当凝胶的含有GO时，其收缩的速率要快于没有添加GO的凝胶。而且GO含量高的凝胶最先开始失水，这是因为在红外灯的照射下，含有GO的凝胶比没有GO的凝胶更快的到达了其相转变温度。从单层凝胶的收缩实验中还可以观察到，GO含量为1mg/ml的凝胶收缩速率要快过GO含量为0.5mg/ml的凝胶，GO含量为1mg/ml的凝胶先达到平衡。120s 过后，二者的大小相似，可能此时凝胶的水分已经失去差不多了，达到了平衡。所以当GO含量较小的情况下，随着GO含量的增加，凝胶的红外响应性增强。

3.2 双层凝胶的弯曲

同样，把双层凝胶也切成条状，记做N1C2—N1C2，GO0.5N1C2—N1C2，GO1N1C2—N1C2。固定好后放于红外灯箱进行照射，先将红外灯对着含有GO的那一面照射。照射一段时间后，双层凝胶会向着含有GO的那面弯曲。这是因为GO的加入使得凝胶的红外响应性变快，当照射红外的时候，含有GO的那一层比不含GO的那一层收缩地更快，从而对于双层凝胶而言，其会弯曲，且弯曲方向是朝着收缩快的那一面的，这与我们照射单层凝胶的实验结果一致。

将不同GO含量的凝胶放在一起进行了照射，仍然是将红外灯对着含有GO 的那一面照射的。图3-6是红外照射一段时间后三种凝胶的弯曲情况，N1C2—N1C2因为两面组成相同，所以只会收缩基本不会弯曲，而GO0.5N1C2—N1C2比GO1N1C2—N1C2弯曲得慢。实验证明，当GO含量较小时，GO含量越多，其弯曲得越快越明显，即GO含量的增加会使其具有更快的红外响应速率。

4 结论

通过hummers方法合成了氧化石墨烯（GO），并成功将GO复合到以温敏性单体NIPAm为单体，锂藻土Laponite XLS为交联剂的NC凝胶中。通过实验，我们发现GO的加入能够显著的提高NC凝胶对红外的响应性。在红外灯光的照射下，含有GO的单层凝胶会比不含GO的单层凝胶收缩得快，且GO 1mg/ml 的凝胶收缩得比GO 0.5mg/ml的凝胶要快，可以推断当GO含量较小时，GO含量越多凝胶的红外响应性越好。而对于双层凝胶而言，凝胶会向着含有GO的那一层弯曲。通过双层凝胶的弯曲实验，可以得到以下结论：当GO含量为1.5~2mg/ml时，所制备的NC凝胶对红外的响应性最快。但当GO含量为2mg/ml 时，凝胶的可恢复性不好，而GO含量在1.5mg/ml左右时，凝胶的可恢复性最好，具有实际的应用价值。

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【CN110003369A】一种温敏性纳米水凝胶的制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910175879.6 (22)申请日 2019.03.08 (71)申请人 西安理工大学 地址 710048 陕西省西安市金花南路5号 (72)发明人 任鹏刚　张华　 (74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 61214 代理人 曾庆喜 (51)Int.Cl. C08F 120/00(2006.01) (54)发明名称 一种温敏性纳米水凝胶的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种温敏性纳米水凝胶的制 备方法，具体为：首先，利用丙烯酰氯与Pluronic F127羟基的亲核加成反应，制备丙烯酰化F127； 再将丙烯酰化F127溶解于去离子水中，加入过硫 酸铵，之后置于60℃～65℃的条件下反应12h～ 36h，得到聚合交联的F127纳米胶束溶液，之后再 装入透析袋中透析，最后，在-55～-65℃的条件 下冷冻干燥24h～48h，得到温敏性纳米水凝胶。 该方法通过预交联丙烯酰化F127，形成了纳米结 构稳定、化学交联的F127纳米水凝胶。该纳米水 凝胶具有可逆的高效温度响应性，转变温度18～ 22℃， 适于生理环境的应用。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 110003369 A 2019.07.12 C N 110003369 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110003369 A 1.一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施： 步骤1，利用丙烯酰氯与Pluronic F127羟基的亲核加成反应，制备丙烯酰化F127； 步骤2，将丙烯酰化F127溶解于去离子水中，加入过硫酸铵，之后置于60℃～65℃的条件下反应12h～36h，得到聚合交联的F127纳米胶束溶液； 步骤3，将经步骤2后得到的聚合交联F127纳米胶束溶液装入分子量为3000～8000的透析袋中透析3天～5天，最后，在-55～-65℃的条件下冷冻干燥24h～48h，得到温敏性纳米水凝胶。 2.根据权利要求1所述的一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，制备丙烯酰化F127，具体为： 步骤1.1，将Pluronic F127溶解于无水二氯甲烷中，并置于0℃～4℃的冰水浴中，加入三乙胺，通入氮气保护15～20min，得到混合液a； 步骤1.2，按每秒1滴～2滴的速度向经步骤1.1后得到的混合液a中滴加丙烯酰氯，之后置于0℃～4℃的冰水浴中反应48h～60h，得到反应混合液，再将反应混合液进行过滤，除去滤渣，得到反应液； 步骤1.3，向经步骤1.2后得到的反应液中加入石油醚，沉淀15min～30min，之后将得到的固体物质置于真空干燥箱中干燥，得到丙烯酰化F127。 3.根据权利要求2所述的一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中，Pluronic F127、无水二氯甲烷和三乙胺的摩尔比为1：5：10～20。 4.根据权利要求2所述的一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中，丙烯酰氯与混合液a的质量比为1：10～20。 5.根据权利要求2所述的一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1.3中，反应液与石油醚的体积比为1：10～15；干燥温度为25℃～35℃，干燥时间为12h～24h。 6.根据权利要求1所述的一种温敏性纳米水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，丙烯酰化F127、过硫酸铵和去离子水的摩尔比为0.005～0.02：0.001～0.003：100。 2

石墨烯及其复合材料在水处理中的研究

石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 摘要：石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有巨大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等优点，在诸多领域有广泛的应用。石墨烯因具有巨大的比表面积和高的反应活性，作为一种优异的吸附材料在水处理方向具有较好的应用前景。本文概述了石墨烯及其复合材料在水处理方面的研究进展。石墨烯及其复合材料对于处理重金属离子和有机污染物质的吸附效果好，吸附容量高。最后对其在水处理中的应用前景做了展望。关键词：石墨烯；复合材料；吸附；水处理 引言 石墨烯（graphene，GN）自2004年发现以来,由于具有独特的结构与性能，很快成为新材料研究领域的热点。石墨烯是一种sp2杂化的碳原子以六边形排列的周期性蜂窝状二维碳质新材料[1]。石墨烯具有独特的物理化学性质[2]，除强度较高外，其理论比表面积竟高达2630m2/g，孔隙结构较丰富，这一点使其成为良好吸附材料的基础[3]。除此之外，还具有良好热导率和电导率[4]～[5]，可在传感器、电极材料、储氢材料等应用[6]。 石墨烯作为水处理材料，在环保领域拥有广阔的应用前景。这主要是因为，它具有二维的平面结构、开放的孔结构、良好的柔韧性、稳定的化学特性、巨大的比表面积等优点；石墨烯的比表面积比碳纳米管更大，吸附能力更强。从而应用石墨烯的优异性能，可将其加工成催化材料、吸附材料和过滤材料等，可以有效吸附水中的多种污染物。同时，由于制造石墨烯的石墨来源比较广泛，且石墨烯相比碳纳米管价格比较低廉，制备过程简单，许多学者开始研究石墨烯在水处理中的应用[7]～[8]。 本文介绍了石墨烯与水处理相关的主要性能，综述了石墨烯及其复合材料在水处理中的研究进展，并对当今石墨烯材料在水处理研究中遇到的挑战和问题做了进一步分析，对今后这一领域的研究作了展望。 1石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 1.1石墨烯 石墨烯因其吸附原理简单、费用低及处理效果好等优点广泛应用在水环境治理中。巨大的比表面积使石墨烯成为良好的吸附材料。作为吸附剂在水处中的相关研究主要集中在吸附两类污染物：有机物与无机阴离子[9]。水中的有机污染物易与石墨烯表面发生相互作用，形成稳定的复合物，进一步得到去除。因而许多学者主要研究了石墨烯吸附去除水中的有机染料。 Liu 等人研究了石墨烯在不同温度、pH值、接触时间和浓度下对亚甲基蓝的吸附，研究发现石墨烯最大吸附量高达到153.85mg/g，吸附等温线符合Langmu模型[10]。Wu 等人研究了石墨烯对丙烯腈、甲苯磺酸及甲基蓝的吸附，与其他碳纳米材料相比，石墨烯表现出较强的吸附能力，甲基蓝因为有苯环和大分子，从而使石墨烯的吸附速度更快，吸附容量更大[11]。Li等人研究了石墨烯在不同温度、pH值、反应时间下对氟化物的吸附性能，结果发现在298K下,当氟化物的初始浓度为25mg/L时,石墨烯的吸附量可达17.65 mg/g[12]。石墨烯对无机污染物的吸附研究使其在水处理领域的研究进一步扩大。

温敏凝胶

植入释药系统可实现数天到数年的长期稳定释药，在精神卫生疾病治疗、戒毒戒烟、避孕、抗肿瘤等领域有非常重要的临床应用价值。生物相容性好、可生物降解并控制药物释放的水凝胶，被认为是理想的埋植释药骨架材料。以环境响应高分子为骨架的原位凝胶埋植给药系统，可以溶胶形式注射植入，在体内发生溶胶－凝胶相变，形成半固态水凝胶释药骨架，控制药物实现长达数月释放，成为埋植给药的最前沿和重点方向之一 接下来我要跟大家分享的是近年国内外在温敏水凝胶原位植入释药系统方面的研究进展，并分析其面临的问题与可能的解决途径 原位凝胶是一类以溶液状态给药后，能在用药部位立即发生相转变，由液态转化形成非化学交联半固体凝胶的制剂。药物与凝胶材料可以制成均一、混悬的乳胶稠厚液体或半固体的凝胶剂。凝胶剂具有良好的组织相容性，在给药部位滞留时间长；同时可起到贮存药物，防止药物受环境影响等作用。 根据形成机制的不同，可以将原位凝胶分为温度敏感型、pH 敏感型以及离子敏感型等。原位凝胶剂作为一种新型的药物剂型，广泛用于缓释、控释及脉冲释放等新型给药系统，原位凝胶可应用于皮肤、眼部、鼻腔、口腔、阴道、直肠等多种途径给药。现今，原位凝胶给药系统已成为药剂学与生物技术领域的一个研究热点。 反向温敏水凝胶在常温下为溶胶，而在体温下迅速转变为凝胶，其容易制备，且相转变速度快，成为最主要原位凝胶材料。 我将从三个方面来具体介绍凝胶材料和给药系统的制备：。。。。。。。 理想的温敏凝胶材料应具备以下条件: ①在室温下有良好的流动性，黏度一般小于 5 Pa·s，以便注射; ②注射后在体温下迅速发生溶胶－凝胶转变，转变时间一般小于10 min; ③生物相容性: 植入材料及其降解产物无毒性，引起的炎性反应程度低，注射部位无明显异物感; ④良好的载药性能和足够的载药容量; ⑤较高的机械强度和丰富的网络结构; ⑥合适的降解速率和降解动力学特征。 最初的原位释药系统大都采用组织工程领域开发的各种凝胶材料。此后，为满足植入释药的一些特殊需求，研究者开发多种新型的温敏水凝胶体系，并对其进行各种改造。目前研究报道的用于植入释药的温敏水凝胶主要包括以下几类: 多糖/盐体系、嵌段聚合物和异丙基丙烯酰胺共聚物。 表中列出了各类中研究较多的温敏凝胶系统及其主要特性。近年来，生物相容

石墨烯介绍

1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半

导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。

一种温敏智能水凝胶

一种温敏智能水凝胶 高分子水凝胶指能够在水中溶胀并保持大量水分的不溶性交联聚合物，它具有网络结构。一些水凝胶受到外界环境的刺激，如温度、溶液的组成、pH值、电场等变化时，其结构和性能(一般是体积)会随之发生突变，呈现体积相变(体积的突然收缩或膨胀)行为，从而具有智能功能。其中对温度敏感的水凝胶叫做温敏水凝胶。 一、一种典型的温敏水凝胶—PNIPA水凝胶 温敏水凝胶的种类很多，其中聚N–异丙基丙烯酰胺(PNIPA)类水凝胶最受关注。PNIPA水凝胶可由N–异丙基丙烯酰胺(NIPA)单体在交联剂、引发剂等存在下聚合生成(如图1所示)。NIPA的侧链中既含有亲水性的酰氨基又含有疏水性的异丙基，NIPA聚合生成网络结构的水凝胶。 图1 PNIPA水凝胶的合成 低温时，PNIPA水凝胶三维网络结构中存在许多孔隙，水可以占据孔隙，发生吸水溶胀。此时水分子与PNIPA的酰胺基团形成氢键，在聚合物四周形成高度有序的水分子层，聚合物处于伸展状态(如图2左侧所示)。当温度升高至某个温度(叫做最低临界溶解温度LCST，通常在30～35℃范围)时，氢键遭到破坏，包裹在聚合物周围的水分子减少，疏水基团之间的疏水缔合作用增强，水从孔隙中排出，凝胶突然收缩，发生退溶胀(如图2所示)。以上变化过程可逆，收缩的凝胶会随着温度的降低而再次溶胀，恢复原状。 图2 PNIPA水凝胶的体积相变示意图 LCST是水凝胶的重要参数，可以通过在聚合过程中加入疏水或亲水的共聚单体、溶剂、简单盐类、表面活性剂等来改变。通常，PNIPA聚合物的疏水部分越多，水凝胶的LCST越高，亲水部分越多则相反。例如，以NIPA与疏水性更强的N，N–二甲基丙烯酰胺为原料，制得的PNIPA水凝胶的LCST随着后者含量的增大而升高。 由于PNIPA水凝胶的LCST接近人体温度，它的温敏智能性和记忆效应引起了人们很大的兴趣，在生物医学领域，例如物质分离、药物释放、酶和细胞的固定化等方面有着很好的应用前景。 二、PNIPA温敏水凝胶用于酶固化研究

石墨烯及其复合材料在水处理中的研

石墨烯及其复合材料在水处理中的研 石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 摘要：石墨烯作为一种新型碳纳米材料，具有巨大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等优点，在诸多领域有广泛的应用。石墨烯因具有巨大的比表面积和高的反应活性，作为一种优异的吸附材料在水处理方向具有较好的应用前景。本文概述了石墨烯及其复合材料在水处理方面的研究进展。石墨烯及其复合材料对于处理重金属离子和有机污染物质的吸附效果好，吸附容量高。最后对其在水处理中的应用前景做了展望。关键词：石墨烯；复合材料；吸附；水处理 引言 石墨烯（ graphene， GN ）自 2004 年发现以来 ,由于具有独特的结构与性能，很快成为新材料研究领域的热点。石墨烯是一种 sp2 杂化的碳原子以六边形排列的周期性蜂窝状二维碳质新材料 [1] 。石墨烯具有独特的物理化学性质 [2] ，除强度较高外，其理论比表面积竟高达2630m2/g,孔隙结构较丰富，这一点使其成为良好吸附材料的基础[3]。除此之外，还 具有良好热导率和电导率[4]?[5],可在传感器、电极材料、储氢材料等应用⑹。 石墨烯作为水处理材料，在环保领域拥有广阔的应用前景。这主要是因为，它具有二维的平面结构、开放的孔结构、良好的柔韧性、稳定的化学特性、巨大的比表面积等优点；石墨烯的比表面积比碳纳米管更大，吸附能力更强。从而应用石墨烯的优异性能，可将其加工成催化材料、吸附材料和过滤材料等，可以有效吸附水中的多种污染物。同时，由于制造石墨烯的石墨来源比较广泛，且石墨烯相比碳纳米管价格比较低廉，制备过程简单，许多学者开始研究石墨烯在水处理中的应用 [7] ? [8] 。 本文介绍了石墨烯与水处理相关的主要性能，综述了石墨烯及其复合材料在水处理中的研究进展，并对当今石墨烯材料在水处理研究中遇到的挑战和问题做了进一步分析，对今后这一领域的研究作了展望。 1石墨烯及其复合材料在水处理中的研究 1.1石墨烯 石墨烯因其吸附原理简单、费用低及处理效果好等优点广泛应用在水环境治理中。巨大的比表面积使石墨烯成为良好的吸附材料。作为吸附剂在水处中的相关研究主要集中在吸附两类污染物：有机物与无机阴离子 [9] 。水中的有机污染物易与石墨烯表面发生相互作用，

温度敏感性水凝胶的研制与应用

温度敏感性水凝胶的研制与应用 杨晶琎 （四川理工学院材料科学与化学工程学院） 摘要：聚N2异丙基丙烯酰胺(PN IPA)凝胶的研究概况，包括其在化工、医药、纺织等行业中的应用。 Gather N2 isopropyl acrylamide gel (IPA) PN the research situation, including its in chemical industry, medicine, textile, etc. 关键词：水凝胶敏感性热敏性温度 Key words: gel intelligent materials prospects biological 水凝胶热敏性的相关转变与研究：首先观察到水凝胶热敏性的是Tanaka等人[1],用N ,N - 次甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺的水凝胶的溶胀性能在某 一临界温度附近,随温度的微小变化,其体积变化可达几十至几百倍。后来人们发现温度对其的影响很大，并称其为热敏性。1984年Hirokawa等在非离子水凝胶中也发现了这种相转变, Hoffman和Freltas等也证实了非离子性的聚(N ,N - 二乙基丙烯酰胺)水凝胶和聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的热敏性相转变[1-3]。所以:敏感性相转变成为一种普遍性。热敏性水凝胶的这种相转变过程无法用传统的高分子理论,如Flo ry-Huggins 模型来解释,而只能用相转变过程中水凝 胶骨架上亲水基团、憎水基团以及水之间的相互作用来解释。目前较容易被人接受的观点是水凝胶的敏感性相转变是由交联网络的亲水———缩水性平衡受外界条件变化而变化引起的。定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程，当温度升高时,氢键振动能增加,破坏氢键的束缚，使之断裂，水凝胶溶胀比则明显减少。这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来,使水凝胶———水体系熵增加。许多研究者通过各种热力学理论对水凝胶的各种敏感性进行了解释[ 7 ,8 ]其中 与实验现象符合较好的是Ilavsky 等人修改的由Flo ry 提出的平均场理论,但这一理论不能预测发生敏感性相转变时的温度、p H 值、盐浓度、介质组成浓度等。Tanaka 等通过测定聚合物链的持续长度b和有效半径a之比(即代表聚合物链刚性的度量)与敏感性之间的关系,提出了下面的半经验参数S作为有无敏

石墨烯分散方法

石墨烯分散方法 石墨烯具有优良的性能，科研工作者考虑将其作为增强体加入到基体材料中以提高基体材料的性能。但是，由于其较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。为了得到性能优异的石墨烯增强复合材料，科研工作者在克服石墨烯团聚、使其分散方面做了诸多研究。分散方法简介如下： 1、机械分散发 利用剪切或撞击等方式改善石墨烯的分散效果。吴乐华等以纯净石墨粉为原料，无水乙醇为溶剂，采用湿法球磨配合超声、离心等方式得到石墨烯分散液，通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱分析均证明石墨烯为几个片层分散。 2、超声分散发 利用超声的空化作用，以高能高振荡降低石墨烯的表面能，从而达到改善分散效果的目的。Umar等将石墨在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中采用低功率超声处理，随着超声时间的延长，石墨烯分散液的浓度随之升高，当超声时间超过462h后，石墨烯分散液浓度能够达到1.2mg/mL，这

是由于超声所产生的溶剂与石墨烯之间的能量大于剥离石墨烯片层所需要的能量，进而实现了石墨烯的分散。3、微波辐射发 采用微波加热的方式产生高能高热用以克服石墨烯片层间的范德华力。Janowska等采用氨水作为溶剂，利用微波辐射处理在氨水中的膨胀石墨以制备石墨烯分散液，透射电镜观测结果表明制得的石墨烯主要为单、双和少层(少于十层)石墨烯，并且能够在氨水中稳定分散，研究证实微波辐射产生的高温能够使氨水部分气化，产生的气压对克服石墨烯片层间的范德华力具有显著的作用。 4、表面改性 通过离子液体对膨胀石墨进行表面改性来提高石墨烯的分散性。这种改性属于物理方法，它能降低改性过程对石墨烯结构和官能团的影响。经过改性的石墨烯片层粒径小，呈现出褶皱的状态；通过离子液体改性后的石墨烯可以长时间在丙酮溶液中保持均匀的分散状态，并且能够均匀分布在硅橡胶基体中，离子液体链长增加使得样品更加均匀地分散。 采用具有强还原能力的没食子酸作为稳定剂和还原剂，制得了具有高分散性的石墨烯。由于分子中苯环结构和石墨烯之间形成了π—π共轭相互作用，从而作为稳定剂吸附在石墨烯表面，这使得石墨烯片层具有较强的负电性，

快速响应温敏水凝胶研究进展_秦爱香

快速响应温敏水凝胶研究进展 秦爱香1,2,吕满庚13,刘群峰1,2,张　平1,2 (1中国科学院广州化学研究所,广州　510650;2中国科学院研究生院,北京　100039) 摘要:温敏水凝胶是一类具有广泛应用前景的高分子材料,但是由于传统方法合成的水凝胶响 应速率较慢因而限制了其应用,因此近年来围绕提高传统水凝胶的响应速率做了大量研究工作。 本文从几个方面综述了近年来快速响应的温敏水凝胶的研究进展,并对有关现象进行了解释和说 明。 关键词:快速响应;温敏水凝胶;N2异丙基丙烯酰胺 所谓温敏水凝胶[1],是指水凝胶的吸水(或溶剂)量在某一温度有突发性变化,即溶胀比(所吸水或溶胀剂的量与干凝胶质量的比)在某一温度会突然变化,此温度称为敏感温度。化学交联的聚N2异丙基丙烯酰胺(PNIPA)水凝胶由于侧链中既含有亲水性的氨基又含有疏水性的异丙基而成为一种典型的温敏水凝胶。该水凝胶在较低临界溶解温度(Lower Critical S olution T em parature,LCST)时显示出体积相转变[2]。当溶胀温度低于LCST时,凝胶吸水溶胀,表现出亲水性;而当温度高于LCST时,凝胶收缩,释放出几乎其吸收的全部水分,由于网络结构中亲水Π疏水平衡的破坏而形成坍塌的、去水化的疏水状态。以N2异丙基丙烯酰胺(NIPA)为单体形成的均聚水凝胶或与其它单体形成的共聚水凝胶均有这样的特性,它们这种对于温度敏感的特性引起了人们很大的兴趣。这种温敏水凝胶可广泛用于药物控制释放、酶的固定化、化学发动机设计、医疗诊断、化学反应控制、记忆元件开关、传感器和力化学转换器等[3～6]。 温敏水凝胶的响应速率是评价其性能的最重要参数之一,一般情况下都要求水凝胶具有快速的响应速率。但是,由于传统方法合成的PNIPA水凝胶响应速率较慢[7],考虑到某些特殊应用,如人工肌肉、开关阀等,因此提高PNIPA水凝胶响应速率的研究具有重要意义。近几年来这方面的报道也越来越多[8～52]。虽然国内已有很多关于温敏PNIPA水凝胶的综述[1,5,53～55],但关于快速响应的温敏PNIPA水凝胶的详细论述却很少。本文就近几年来国内外在该领域新的研究方法及取得的进展作简要介绍。 1　制备孔结构水凝胶 凝胶溶胀或收缩过程主要是高分子网络吸收或释放溶剂,这是一个慢的扩散过程,而且接近临界点时更慢。但对于一个具有相互连接的孔结构的网络来说,溶剂的吸收或释放通过孔由对流产生,这一过程比非孔凝胶中的扩散过程快。因此,合成具有孔结构的水凝胶可以提高其响应速率。 111　使用成孔剂 Wu等[8]用羟丙基纤维素作为成孔剂在温度高于LCST下合成了大孔PNIPA水凝胶,与传统方法合成的PNIPA水凝胶相比较,大孔PNIPA水凝胶具有较大的孔体积,较大的平均孔尺寸,较快的大分子渗透速度;在温度低于LCST时有更高的溶胀比;显示更快的去溶胀和再溶胀速率,并且去溶胀速率特别快。Zhang等[9,10]利用聚乙二醇(PEG)400作为成孔剂制备了快速响应的温敏性PNIPA水凝胶。Zhuo等[11]用不同分子量(2000～6000)的PEG作为成孔剂,合成大孔的温度敏感性PNIPA水凝胶,极大改善了其溶胀和去溶胀性能,并且讨论了PEG分子量和含量对大孔水凝胶响应动力学的影响。 基金项目:中国科学院“百人计划”项目; 作者简介:秦爱香(19822),女,中国科学院广州化学研究所高分子化学与物理专业硕士研究生,研究方向是温敏性水凝胶的合成与研究。 3通讯联系人。E2mail mglu@https://www.wendangku.net/doc/ef2750190.html,

石墨烯对废水中重金属处理

石墨烯对水中重金属的处理技术 摘要：石墨烯作为目前自然界最薄、强度最高的材料，具有极大的比表面积、良好的化学稳定性以及表面活性，是一种高效的去除水中重金属的吸附材料。本文介绍了石墨烯材料的种类、特征，分析了去除废水中重金属离子的机理，应用情况，影响因素。指出了石墨烯作为吸附剂的潜在劣势，以及在水处理过程中的应用前景。 Abstract: As the thinnest and strongest material, graphene has huge surface area, excellent chemical stability and suface activity, which is an efficient absorption material for removing heavy metals from water. This paper introduces the types and characteristics of graphenematerials; analyzes the mechanism of graphenen materials removing heavy metal ion from waste water, the applications and influencing factors; points out the disadvantages and prospects of the graphene as an absorbent. 关键词：重金属污染石墨烯吸附水处理 前言 水乃生命之源，不管是对于人类，动植物，还是微生物，但是随着工业的发 展，各种各样的重金属离子被排入水体，随后被动植物吸收，又随着食物链浓缩， 进入人体，在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性， 也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急 性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，严重危害人类的健康。如日本发生的水俣病 和骨痛病等公害病，都是由重金属污染引起的。 面对亟待解决的重金属污染问题，寻求一种高效便捷的处理技术极其重要， 常见的重金属处理方法有化学沉淀法、混凝沉淀法、电解法、离子交换法、吸附 法和生物处理法等，其中吸附法操作简单，成本低廉，备受青睐，而吸附剂的选 择是吸附法的关键。

石墨烯文献检索

《文献检索与科技论文写作》作业 学生姓名 年级专业 班级学号 指导教师职称

目录 第一部分文献查阅练习 (1) 第二部分文献总结练习 (7) 第三部分科技论文图表练习 (8) 第四部分心得体会 (11)

第一部分文献查阅练习 1、黄毅，陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用.中国科学B辑:化学2009年第39卷第9期:887-896 摘要：石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展，并对功能化石墨烯的应用作了介绍，最后对相关领域的发展趋势作了展望. 关键词：功能化应用 2、胡耀娟,金娟.石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用. 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)Acta Phys.-Chim.Sin.,2010,26(8)：2073-2086 摘要：石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质.有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一.本文仅就目前石墨烯的制备方法、功能化方法以及在化学领域中的应用作一综述,重点阐述石墨烯应用于化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面的研究进展,并对石墨烯在相关领域的应用前景作了展望。 关键词：制备功能化应用. 3、杨永岗,陈成猛,温月芳.新型炭材料.第23卷第3期 2008年9月：193-200 摘要：石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料。近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动。通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合

敏感性高分子及水凝胶

敏感性高分子及水凝胶 摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。主要包括pH 敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH 双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。 1 引言 近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[ 1]。与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）” 和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。 与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。敏感性水凝胶[3] 是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等) ,并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激. 敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。 2 敏感性高分子及其水凝胶的种类和性质 1989 年，高木俊宜[4]最先提出了智能材料（intelligent materials）概念。随后，美国的Newnham 教授提出了与之类似的灵巧材料（smart materials）概 1 念。敏感性高分子和敏感性水凝胶是智能材料家族中的重要成员。 凝胶有不同的分类方法。根据溶剂的不同，凝胶分为有机凝胶（organgels）和水凝胶（hydrogels）。以适当的方式脱除溶剂后的凝胶为干凝胶（xerogels）。根据凝胶的大小不同，有（宏观）凝胶和微凝胶（microgels）之分。根据凝胶对环境条件变化响应的不同，凝胶分为传统凝胶和敏感性凝胶。根据凝胶力学性能的不同，凝胶分为弹性凝胶和刚性凝胶。同样，根据维系凝胶三维网络结构力的本性不同，凝胶分为物理凝胶和化学凝胶。 敏感性高分子水凝胶在受到刺激时，其性质会发生突变。根据刺激信号的不同，相应的水凝胶被称为化学物质敏感性水凝胶、pH 敏感性水凝胶、温敏性水凝胶、光敏性水凝胶等。敏感性水凝胶的研究涉及学科众多，具有显著的多学科交叉特点，是当今最具有挑战的高技术研究前沿领域之一。 2.1 敏感性高分子及其水凝胶的种类 2.1.1 温度敏感性高分子及其水凝胶 温敏性高分子是研究最多，也是最重要的一类敏感性高分子。这类水凝胶结构中具有一定比例的亲水性和疏水性基团，温度的变化可以影响这些基团的疏水作用和大分子链之间的氢键作用，从而改变水凝胶的网络结构，产生体积相变。温敏水凝胶有高温收缩和低温收缩两种类型[5]。 聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPA）是典型的高温收缩型水凝胶，对其响应机理的一般解释是，当温度升高时疏水相相互作用增强，使凝胶收缩。线型聚N－异丙基丙烯酸酰[PNIPAM]是一种典型的温敏性高分子，在水溶液中具有独特的热行为，其大分子链上同

关于石墨烯的总结

一．石墨烯常用修饰方法总结 石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35 nm。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。 结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如提高溶解性、在基体中的分散性等)，必须对石墨烯进行有效的功能化。通过引入特定的官能团，还可以赋予石墨烯新的性质，进一步拓展其应用领域。功能化是实现石墨烯分散、溶解和成型加工的最重要手段。 从功能化的方法来看。主要分为共价键功能化和非共价键功能化两种。 1. 石墨烯的共价功能化 石墨烯的共价键功能化是目前研究最为广泛的功能化方法。尽管石墨烯的主体部分由稳定的六元环构成，但其边沿及缺陷部位具有较高的反应活性，可以通过化学氧化的方法制备石墨烯氧化物(Grapheneoxide)。由于石墨烯氧化物中含有大量的羧基、羟基和环氧键等活性基团，可以利用多种化学反应对石墨烯进行共价键功能化。 １.1 石墨烯的聚合物功能化 (１)聚乙二醇（PEG）具有优异的生物相容性和亲水性，被广泛应用于多种不同的功能化纳米材料，以提高这些材料的生物相容性，减小其对生物分子及细胞的非特定的约束力，也改善了体内的药物代谢动力学，以实现更好的肿瘤靶向性治疗[1,2,3-5]。2008年，Dai 等使用六臂星型氨基聚乙二醇的端氨基与纳米石墨烯片边缘的羧基通过亚胺催化酰胺形成反应，制备PEG 修饰纳米石墨烯片，得到的产物在用于体外给药和生物成像的生理溶液中显示了优良的分散性和稳定性[2]。 （2）除了PEG外，还有其他的被用来共价功能化GO的亲水大分子。刘庄工作组，将氨基修饰的DEX与GO通过共价键键合，得到了具有生物相容性的材料，这种材料大大提高了GO生理溶解性的稳定性[6]。Bao et al.

纳米石墨烯的特性以及应用

纳米石墨烯的特性以及应用 摘要：石墨烯是指从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。在石墨烯中，碳原子之间以σ键相连接，这些σ键赋予了石墨烯极其强大的机械性能；同时，由于碳原子的结合方式为SP2杂化，因此每个碳原子都有一个孤电子，从而赋予了其优秀的导电性。而近年来，纳米石墨烯以及其氧化物，由于自身良好的生物相容性以及较大的表面积，在生物医药等领域的应用取得了极大的进展，本文将简述石墨烯以及其氧化物的特性，并举例分析其在生物载药工厂中的作用。 关键词：纳米石墨烯；纳米氧化石墨烯；生物医药；药物传递 一．纳米石墨烯以及氧化纳米石墨烯自身特性 1.1 纳米石墨烯自身特性 纳米石墨烯与石墨烯的概念容易混淆，但本质上是同一个物质。纳米石墨烯代表的是厚度在纳米级别的石墨烯。一般程度上严格定义的石墨烯都是单层的，而纳米石墨烯则有可能是多层的。纳米石墨烯常常被称为石墨烯纳米片，也被称为碳纳米片（ CNFs ）或碳纳米壁（ CNWs）。人们所熟悉的富勒烯，碳纳米管，石墨等碳材料，本质的基础单元就是石墨烯。 石墨烯最迷人的地方在于它的纯粹。单层原子的结构使得石墨烯具有极薄的性质，但由于碳原子之间强韧的σ键以及整个二维晶体平面的拉伸性能，使得石墨烯同时具有了非常高的强度性能，杨氏模量为1100Gpa，而断裂强度则达到惊人的125Gpa，这样的机械性能使得石墨烯几乎可以被利用在任何需要高强度材料的领域。 而与此同时，石墨烯二维晶体表面流动的孤电子赋予了它优越的导电性能。由于自身电阻率非常小，石墨烯被视为下一个可以取代“硅”的导电原材料，人们希望能制备出具有更高性能的现代计算机芯片或处理器。 1.2 氧化纳米石墨烯自身特性 氧化纳米石墨烯，英文缩写为GO，顾名思义是石墨烯的氧化物。氧化石墨烯保留了原有的层状结构，通过强氧化剂（例如高锰酸钾）开环，使得部分双键断裂，引入了许多含氧的官能团，例如羧基，羟基，环氧基等。这些活泼的含氧功能团赋予了石墨烯更为活泼的性能。

石墨烯改性

综合实践论文 题目：石墨烯改性研究进展 班级：高分子112 姓名：陈阳建 指导老师：祖立武 日期：2014年6月20日

石墨烯改性研究进展 陈阳建 齐齐哈尔大学材料学院，黑龙江齐齐哈尔10221 摘要: 结合当前国内外石墨烯改性的研究进展，分别从表面改性和电子性能改性两个方面介绍了石墨烯的改性方法。其中，石墨烯表面改性包括共价键功能化和非共价键功能化；石墨烯电子性能改性包括掺杂和离子轰击。讨论了各种改性方法的优缺点，并在原有改性方法的基础上，展望了未来石墨烯改性的发展方向。关键词: 石墨烯；改性；综述；共价键功能化；非共价键功能化；掺杂；离子轰击 Research progress in the modification of graphene Chen yangjian Materials Science,Qiqihar University ,Qiqihar in Heilongjiang 10221 Abstract: Based on the research progress of modification of graphene material at hom e and abroad, the methods of modification of graphene are introduced from the surfac e modification and the electronic properties modification, respectively. The methods o f surface modification contain the covalent functionalization and non-covalent functio nalization; the methods of electronic properties modification contain dopin g and ion b ombardment. Finally, the advantages and disadvantages of various modification met h ods are discussed, and the further development of modification of graphene is pointed out on the basis of original modification methods. Key words: graphene; modification; review; covalent functionalization; non-covalent functionalization; doping; ion bombardment

石墨烯的应用领域

第二章石墨烯应用领域 石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源、环境等领域的极大重视，应用前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命性材料”。具体在五个应用领域：一是储能领域。石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池等。二是光电器件领域。石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏、电子纸等。三是材料领域。石墨烯可作为新的添加剂，用于制造新型涂料以及制作防静电材料。四是生物医药领域。石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、荧光成像、生物监测等。五是散热领域。石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品，比如当前全球热销的智能手机、IPAD 电脑、半导体照明和液晶电视等。 中国科学院预计，到2024年前后，石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体（CMOS）器件，在纳米电子器件、光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用。目前，全球范围内仅电子行业每年需消耗大约2500吨半导体晶硅，纯石墨烯的市场价格约为人民币1000元/g ，其若能替代晶硅市场份额的10%，就可以获得5000亿元以上的经济利益；全球每年对负极材料的需求量在2.5万吨以上，并保持了20%以上的增长，石墨烯若能作为负极材料获得锂离子电池市场份额的10%，就可以获得2500吨的市场规模。可见，石墨烯具有广阔的应用空间和巨大的经济效益。

正是在这一背景下，目前国内外对石墨烯技术的应用研究如火如荼，具体应用如下： 2.1 石墨烯锂离子电池 锂离子电池具有容量大、循环寿命长、无记忆性等优点，目前已成为全球消费类电子产品的首选电池以及新能源汽车的主流电池。高能量密度、快速充电是锂电池产品发展的必然趋势，在正极材料中添加导电剂是一种有效改善锂电性能的途径，可大大增加正负极的导电性能、提高电池体积能量密度、降低电阻，增加锂离子脱嵌及嵌入速度，显著提升电池的倍率充放电等性能，提高电动车的快充性能。 所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电

温敏性壳聚糖水凝胶

华南理工大学材料科学与工程学院2010级本科生“Biomedical Materials”课程报告 学生班级：10级材料创新班学生姓名：李智豪成绩： 题目：Characteristics and Applications of Natural Biodegradable Polymer Materials 报告时间：Friday, Mar. 22, 2013 完成者：李智豪 Characteristics and Biomedical Applications of Injectable Thermogelling Chitosan–Inorganic Phosphate Solutions Abstract： Thermosetting polymers are attractive candidates for biomedical applications as noninvasive therapeutic delivery vehicles. In the present study, the feasibility of developing a neutral physiological temperature setting injectable formulation based on chitosan and an inorganic phosphate salt have been demonstrated. The in situ gelling system was developed by adding different concentrations of dipotassium hydrogen orthophosphate (DHO) to chitosan solution. The resulting solutions have pH in the range of ～7–7.2. The gelling time of the chitosan–DHO solution was determined by incubating the solutions at 37 °C. Depending on the concentrations of DHO added, the gelling time varied from 4 min to 30 h at 37 °C. Addition of various diluents to chitosan–DHO solution did not significantly change the gelling time of the solutions. Key word： Thermogelling; chitosan–DHO solution; delivery Introduction： Injectable in situ setting hydrogels have tremendous potential as carrier matrices