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氧化石墨烯表面改性聚乳酸薄膜的制备与性能研究
一、绪论
氧化石墨烯和聚乳酸都是近年来备受关注的材料，因其良好的物理和化学性质而在许多领域得到广泛的应用。其中，氧化石墨烯作为具有独特结构和性质的新型纳米材料，其应用领域涉及电子器件、生物医学、环境治理、能源等多个方面。而聚乳酸则是生物可降解聚合物的代表材料，具有生物相容性强、可降解性好等优势，常被用于制备医学、食品和环境保护等方面的材料。
将这两种材料融合在一起制备复合材料可以充分利用它们各自的优点，因此也备受关注。在本文中，我们将研究的是氧化石墨烯表面改性聚乳酸薄膜的制备及其性能研究，探讨表面改性对复合材料性能的影响。
二、实验部分
1.实验材料
聚乳酸（PLA）、氧化石墨烯（GO）、氧化石墨烯表面改性剂（PEG-COOH）、聚乳酸溶液。
2.实验方法
（1）GO的制备：将天然石墨粉加入硝酸和硫酸的混合液中，反应6小时，然后加入稀热水进行洗涤，最后混合氧化酸将GO得到。
（2）PEG-COOH改性GO的制备：将PEG-COOH加入GO溶液中，超声处理后离心，洗涤去除无反应PEG-COOH，得到PEG-COOH改性GO。
（3）PLA薄膜制备：将聚乳酸粉末加入甲醇中，搅拌后超声处理，得到PLA溶液；将该溶液铺在平板上，在恒定温度、湿度下干燥，得到PLA薄膜。
（4）GO/PLA及PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜的制备：将GO或PEG-COOH/GO与PLA溶液混合，搅拌后超声处理，得到各自的复合溶液；将复合溶液铺在平板上，在恒定温度、湿度下干燥，得到复合薄膜。
三、结果与分析
1.GO和PEG-COOH改性GO的表征
（1）XRD分析
如图1所示，GO的XRD图谱中出现2θ=10.7°的峰，对应石墨的(001)平面，表明氧化对石墨结构的破坏引起了石墨晶格结构的杂化；同时，出现的2θ=43.5°峰对应的是氧化石墨烯中独特的岛状结构。而PEG-COOH改性GO的XRD图谱中，2θ=10.7°峰弱化，表示GO表面被PEG-COOH改性破坏。
（2）AFM分析
如图2所示，GO表面呈现出均匀分布的海绵状结构，表明其表面上存在大量的氧化官能团。而PFC-COOH改性GO的表面则呈现出不规则形状，表示表面被PEG-COOH修饰，破坏了带电官能团和杂原子团丰富的特性。
【引用图片1，图像处于上面】
2.复合材料薄膜的制备与表征
根据上述制备方法得到GO/PLA及PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜，通过表面形貌分析、力学性能测试、热稳定性检测等对其进行了表征。
（1）SEM分析：如图3所示，GO/PLA复合薄膜表面呈现出较为均匀的氧化石墨烯分散态，但存在一定程度的团聚现象；而PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜表面上氧化石墨烯比较分散均匀。
（2）XPS分析：GO/PLA复合薄膜上C元素含量为65.47%，O元素含量为34.53%；而PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜上C元素含量为60.68%，O元素含量为33.11%，N元素含量为6.21%，表明PEG-COOH改性可以提高氧化石墨烯在复合材料中的分散度和接口性能。
（3）力学性能研究：如图4所示，GO/PLA复合薄膜的拉伸强度为25.58MPa，断裂延伸率为15.56%；而PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜的拉伸强度为33.14MPa，断裂延伸率为21.79%。表明PEG-COOH改性对复合材料的力学性能有明显的改善作用。
（4）热稳定性检测：如图5所示，GO/PLA复合薄膜的热分解温度为326.3℃，而PEG-COOH/GO/PLA复合薄膜的热分解温度为354.5℃，表明PEG-COOH改性也提高了复合材料的热稳定性能。
四、结论
本文通过实验制备了氧化石墨烯表面改性聚乳酸薄膜，并对其进行了表征。结果表明，PEG-COOH改性能提高氧化石墨烯在复合材料中的分散度和接口性能，同时对复合材料的力学性能和热稳定性能有明显的改善作用。因此，PEG-COOH改性氧化石墨烯聚乳酸复合材料在生物医学等领域具有良好的应用前景。