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氧化石墨烯(GO)-细菌纤维素BC/GO纳米复合材料水凝胶的制备
发布时间:2021-07-20     作者:zhn   分享到:
氧化石墨烯(GO)-细菌纤维素BC/GO纳米复合材料水凝胶的制备

本文亮点

1   提出了一种层-层自组装方法改进传统的原位静态培养法。

2   此自组装方法保证氧化石墨烯(GO)在细菌纤维素(BC)框架内的均匀分布,并可获得结构均匀的厚度大的BC/GO水凝胶。

3   相比纯BC水凝胶,BC/GO水凝胶的力学性能显著提高。


内容简介

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华东交通大学万怡灶教授等人利用一种新颖的层-层自组装方法,以一维细菌纤维素纳米纤维组成的三维框架为基体,将二维GO均匀分散在此框架中,得到了复杂纳米结构的BC/GO复合水凝胶。在该水凝胶中,GO通过氢键固定在BC纳米纤维框架内,形成叶脉状、多维复合连通结构,显著提高了水凝胶的力学性能(强度和模量分别提高了2.9和3.6倍)。


这种通用、简单、批量化的制备方法,在高性能BC基纳米复合材料水凝胶开发方面具有良好的前景。


图文导读

1  BC/GO纳米复合材料水凝胶的制备

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在层-层自组装之前,通过传统的静态培养方法制备基膜(BC0膜),并将该BC0基膜置于容器中。层-层自组装方法包括多次循环,每个循环有两个连续的步骤。

第一步是将含有GO的培养基(水性悬浮液,约0.5 mL)液滴喷洒到BC0基膜的表面上,使得层-层自组装过程(即生物合成,第二步)开始,通过无菌氧气的作用在基膜表面上生长BC/GO膜(厚度约为0.2-0.4 mm)。

第二个循环中,生成的BC/GO膜作为新的基膜,第二个BC/GO膜通过生物合成生长(厚度与第一个BC/GO膜相同)。重复这些循环直至达到预期的水凝胶厚度(拉伸测试:约2 mm,形态分析:约5 mm)。

2  BC/GO纳米复合材料水凝胶的结构

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c-BC/GO的照片清晰地显示该样品上有一个无GO的薄层,这表明原位生物合成的c-BC/GO复合物的最大厚度约为2 mm。这可能是由于发酵过程中培养基中GO含量的逐渐减少,但其确切机理尚不清楚。相反,均匀的黑色BC/GO-2水凝胶的厚度为3 mm甚至7 mm,这表明层-层自组装方法可以产生GO均匀分布的BC/GO水凝胶。典型的BC三维多孔互连纳米结构显示,层-层自组装过程不会影响生成的BC形态。

SEM图像显示,BC/GO-1,BC/GO-2和BC/GO-3中的GO均匀分布在BC网络中。TEM图像进一步验证了BC/GO纳米复合材料的网状缠结结构。

3   BC/GO纳米复合材料水凝胶的力学性能

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典型的拉伸应力-应变曲线显示,随着GO含量的增加,峰值负荷呈上升趋势,断裂应变呈下降趋势。BC/GO纳米复合材料水凝胶的拉伸强度和模量明显优于BC,且其提升程度取决于GO含量。

4   BC/GO纳米复合材料水凝胶的强化机制

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通过层-层自组装方法生成的BC/GO水凝胶性能的提高可归结于以下因素:

如FTIR图谱显示,BC和GO之间形成的氢键确保了一维和二维组分之间的紧密结合。

其次,层-层培养模式改善了二维GO纳米片在三维BC基质中的扩散。最后,层-层培养模式促进了一维BC纳米纤维对二维GO纳米片的机械捆绑,从而形成叶脉状结构。

强氢键,紧密的机械捆扎和均匀分布是机械性能大幅提升的原因。

小编zhn2021.07.20


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