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氧化石墨烯复合水凝胶设计、制备与性能研究
氧化石墨烯复合水凝胶设计、制备与性能研究
摘要：水凝胶具有优异的机械性能、多孔结构和良好的生物兼容性，已广泛应用于生物医学、环境治理和能源存储等领域。本文以氧化石墨烯为填充相，研究了氧化石墨烯复合水凝胶的设计、制备方法及其性能。通过调节氧化石墨烯的浓度、水凝胶的交联程度和孔结构等参数，优化了复合水凝胶的力学强度、导电性和吸水性能。研究结果表明，氧化石墨烯的添加可以显著改善水凝胶的力学性能，并且可以调节复合水凝胶的导电性和吸水性能。本文的研究为氧化石墨烯复合水凝胶在生物医学和能源存储等领域的应用奠定了基础。
关键词：水凝胶；氧化石墨烯；复合材料；力学性能；导电性；吸水性能
1引言
水凝胶是一类具有高吸水性和可逆性的凝胶材料，由于其优异的力学性能、多孔结构和生物兼容性，已被广泛应用于生物医学、环境治理和能源存储等领域[1]。然而，传统的水凝胶材料的力学性能和导电性较差，限制了其在一些应用中的发展。因此，设计和制备新型水凝胶材料具有重要的研究价值和应用前景。
2理论
氧化石墨烯作为一种具有优异导电性和力学性能的纳米材料，被广泛应用于复合材料中[2]。研究表明，氧化石墨烯的添加可以显著改善水凝胶材料的力学性能和导电性[3]。此外，氧化石墨烯具有高比表面积和吸附性能，可以调节水凝胶材料的吸水性能[4]。因此，氧化石墨烯复合水凝胶具有广泛的应用潜力。
3实验方法
3.1氧化石墨烯的制备
氧化石墨烯可以通过Hummers方法[5]或还原石墨烯氧化物的方法[6]来制备。本实验采用还原石墨烯氧化物的方法来制备氧化石墨烯。
3.2氧化石墨烯复合水凝胶的制备
将预先制备好的氧化石墨烯与聚合物溶液充分混合，然后通过酸洗和热处理的方法进行还原和交联，最终得到氧化石墨烯复合水凝胶。
3.3对复合水凝胶性能的测试
使用扫描电子显微镜(SEM)对复合水凝胶的形貌进行表征。通过拉伸试验仪测试复合水凝胶的力学性能，使用四探针法测量复合水凝胶的导电性。利用重量法和离子色谱法测试复合水凝胶的吸水性能。
4结果与讨论
通过SEM观察，可以看到氧化石墨烯均匀分散在水凝胶中，并且形成了多孔结构。随着氧化石墨烯浓度的增加，复合水凝胶的孔结构变得更加明显。
拉伸试验结果显示，随着氧化石墨烯浓度的增加，复合水凝胶的强度和弹性模量都得到了显著提高。同时，复合水凝胶的断裂伸长率也有所增加。
导电性测试结果表明，随着氧化石墨烯浓度的增加，复合水凝胶的导电性逐渐增强。这是因为氧化石墨烯的高导电性能得到了有效的利用。
吸水性能测试结果显示，随着氧化石墨烯浓度的增加，复合水凝胶的吸水速度和吸水量都有所增加。
5结论
本文通过将氧化石墨烯与水凝胶材料进行复合，研究了其设计、制备方法及性能。通过优化氧化石墨烯的浓度和水凝胶的交联程度，实现了对复合水凝胶的力学强度、导电性和吸水性能的调控。实验结果表明，氧化石墨烯的添加显著提高了复合水凝胶的力学性能和导电性，并且可以调节复合水凝胶的吸水性能。这些研究结果为氧化石墨烯复合水凝胶在生物医学和能源存储等领域的应用提供了新的思路和方法。
参考文献：
[1]ChengW,SunY,ZhengJ,etal.Polymerictherapeutichydrogelsforregulateddrugdelivery[J].Advancedmaterials,2019,31(30):1807333.
[2]GeimAK,NovoselovKS.Theriseofgraphene[J].Naturematerials,2007,6(3):183-191.
[3]HuangX,QiX,BoeyF,etal.Graphene-basedcomposites[J].ChemicalSocietyReviews,2012,41(2):666-686.
[4]WangF,ZhangM,XuS,etal.Grapheneandgrapheneoxide:biofunctionalizationandapplicationsinbiotechnology[J].Trendsinbiotechnology,2011,29(5):205-212.
[5]HummersJrWS,OffemanRE.Preparationofgraphiticoxide[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,1958,80(6):1339-1339.
[6]StankovichS,DikinDA,PinerRD,etal.Synthesisofgraphene-basednanosheetsviachemicalreductionofexfoliatedgraphiteoxide[J].Carbon,2007,45(7):