高强度聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶。采用热失重、X射线衍射、差示扫描量热、扫描电镜、力学性能、溶胀性能及离子强度敏感性等分析对制备的复合水凝胶进行了表征,研究了氧化石墨烯(GO)含量、冷冻-解冻循环次数、聚乙烯醇(PVA)浓度对复合水凝胶性能的影响。研究结果表明,复合水凝胶呈现出三维多孔网络结构;随着GO含量的增加,水凝胶的热稳定性增强、熔融温度上升,拉伸强度和压缩强度也得到明显提高,说明GO在复合水凝胶中起到了物理交联剂的作用;复合水凝胶的平衡溶胀比随着GO含量的增加而增大,但当GO的质量分数超过0.4%时逐渐减小;增加冷冻-解冻循环次数或PVA浓度,水凝胶的拉伸强度和压缩强度增大,力学性能得到显著改善。     

纳米材料掺杂型聚乙烯醇双交联复合水凝胶的力-化学性质

以聚乙烯醇(PVA)为原料,氧化石墨烯(GO)和羟基磷灰石(HA)为共掺杂物,先以戊二醛作为交联剂,采用化学交联法制备了GO/HA/PVA单网络单交联复合水凝胶,再通过循环冷冻-解冻技术使PVA聚合物链间进一步发生氢键交联,制备得到GO/HA/PVA双网络双交联复合水凝胶。采用HRSEM、XRD表征了水凝胶的微观形貌和晶相结构,并研究了GO与PVA、HA与PVA在不同质量比及不同冷冻-解冻循环次数时制备所得GO/HA/PVA复合水凝胶的力学性能。结果表明:随着GO与PVA质量百分比的增加(0%～2.6%),该凝胶拉伸力学强度不断增强;随着HA与PVA质量比的增加(0.22～1.10),该凝胶的拉伸强度先增强后减弱;随着冷冻-解冻循环次数增加(0次、3次、7次)该凝胶的拉伸强度逐渐增强,弹性模量也逐渐提高。当GO与PVA质量百分比为1.9%、HA与PVA质量比为0.66、冷冻-解冻循环次数N=7次时,制备所得凝胶的拉伸力学性能最优(拉伸强度为695 kPa,断裂应变为286%,弹性模量为78 kPa)。此外,深入研究了不同冷冻-解冻循环次数对水凝胶含水率和溶胀率的影响规律。结果表明:不同冷冻-解冻循环次数(0次、3次、7次)的凝胶含水率为79.3%～81.7%,平衡溶胀率为50.1%～72%,且均在60 min后达到溶胀平衡。该水凝胶有望作为软骨替代材料应用于临床医学领域。     

高强度聚N,N-二甲基丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备

以N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)为单体,N,N-胱胺二丙烯酰胺(CBA)为交联剂,在氧化石墨烯(GO)水分散液中进行自由基原位聚合,制备了高强度PDMA/GO复合水凝胶,研究了GO和交联剂CBA的含量对复合水凝胶性能的影响。结果表明,复合水凝胶的热稳定性、拉伸强度和压缩强度随GO和CBA含量的增加而增加,其平衡溶胀比随GO含量的增加而减小。利用CBA的二硫键可以还原断裂的性质,通过热重分析测定了PDMA在GO表面的接枝效率。结果表明,GO不是简单共混在水凝胶中,而是起到了交联剂的作用,使得复合水凝胶具有优良的拉伸强度和压缩强度。     

石墨烯/氧化石墨烯基复合水凝胶的研究进展

纳米填料在改善传统聚合物水凝胶力学强度方面展现出显著的优点。石墨烯(GN)及其衍生物作为新型碳纳米材料,是目前制备纳米复合水凝胶的研究热点。重点介绍了GN及氧化石墨烯(GO)基复合水凝胶的制备方法,以及GN/GO对传统水凝胶力学性能、溶胀性能、导电性能及吸附性能改善方面的研究进展及应用,最后展望了其改性传统水凝胶的发展方向及潜在应用。     

前端聚合法制备聚N-异丙基丙烯酰胺/碳纳米管复合水凝胶及其性能

用前端聚合法制备了聚(N-异丙基丙烯酰胺)/多壁碳纳米管(PNIPAM/MWCNTS)复合水凝胶,对产物的微观形貌、温敏性、力学性能和释药性能进行了研究。结果表明,PNIPAM/MWCNTS复合水凝胶具有温度敏感性,MWCNTS的加入不影响水凝胶的低临界转变温度,随MWCNTS含量增加,水凝胶吸水能力降低,力学强度显著提高,当MWCNTS的含量由0%增至10%时,水凝胶的压缩强度从88 k Pa增加到666 k Pa。复合水凝胶具有良好的药物缓释性能。     

海藻酸钠-g-聚丙烯酰胺/氧化石墨烯复合水凝胶的制备及控释行为

以海藻酸、丙烯酰胺为单体,氧化石墨烯为原料制备了海藻酸钠-g-聚丙烯酰胺/氧化石墨烯(NaAlg-g-PAAm/GO)复合水凝胶,采用傅里叶变换红外光谱和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征;当GO的质量分数从0.6%增至3.2%时,溶胀率从37%减至21%;阳离子对水凝胶的溶胀性的影响能力是Fe3+Ca2+K+;以5-氟尿嘧啶(5-FU)为抗癌药物模型,模拟胃腔和小肠的环境,研究了在pH=1.2和pH=7.4的缓冲溶液中复合水凝胶的控制释放行为,实验结果表明水凝胶在pH=7.4的缓冲溶液中的累积释放率明显高于在pH=1.2的溶液中的累积释放率,所以该类水凝胶有望成为靶向药物释放的载体。     

氧化石墨烯/聚丙烯酰胺/聚甲基丙烯酸复合水凝胶

以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用自由基引发聚合,使丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸(MAA)在氧化石墨烯(GO)水溶液中进行共聚,制备了GO/PAM/PMAA复合水凝胶。研究了GO、MAA和BIS含量对复合水凝胶性能的影响。结果表明,GO/PAM/PMAA复合水凝胶具有三维网络结构,表现出pH敏感性,具有较好的药物缓释性能;热稳定性、力学性能随GO、BIS含量的增加而增强;平衡溶胀比随GO、BIS含量的增加而降低,随MAA含量的增加先增大,后减小,当n(AM)∶n(MAA)=10∶1时达到最大值。     

聚乙烯醇/乙二醇/氧化石墨烯/聚苯胺导电复合物水凝胶的制备及性能研究

通过共混和冻融循环法制备了聚乙烯醇(PVA)/乙二醇(EG)/氧化石墨烯(GO)/聚苯胺(PANl)复合水凝胶.并采用红外光谱(FTlR)、电子扫描显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、万能电子试验机和电化学工作站等手段对复合凝胶的微观结构、力学性能以及导电性能进行了研究.所获得的复合水凝胶的拉伸强度随着EG含量的增加而增强;复合水凝胶的电导率随着GO含量的增加呈先增大后减小的趋势.该复合凝胶在-20℃仍保持良好的柔韧性和电导率(5.93±0.55)S/m.同时,利用该水凝胶制作了一种简单的应变传感器,能够有效地检测人体的微小运动.     

氧化石墨烯含量对复合水凝胶性能的影响

目的研究氧化石墨烯含量对氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶性能的影响。方法将氧化石墨烯作为物理交联剂,改变氧化石墨烯的相对含量,制备氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶,并分析其结构、热稳定性、力学、平衡溶胀比和弹性恢复能力。结果氧化石墨烯的含氧官能团与聚乙烯醇的-OH、聚丙烯酸的-COOH以氢键结合,增加氧化石墨烯相对含量可使复合水凝胶的热稳定性和力学性能得到増强,平衡溶胀比减小。结论在试验参数范围内,制得的氧化石墨烯/聚乙烯醇/聚丙烯酸复合水凝胶具有优异的热稳定性、力学性能和弹性恢复能力。     

氧化石墨烯/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及吸附性能研究

通过冷冻-解冻法制备氧化石墨烯(GO)/聚乙烯醇(PVA)(GO/PVA)复合水凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对复合水凝胶的结构进行了表征,并研究pH值、GO浓度对亚甲基蓝染料吸附性能的影响。结果表明:GO与聚合物网络间存在较强的氢键相互作用;复合水凝胶在中性条件中对亚甲基蓝的吸附效果最佳,且最快达到吸附平衡;增加水凝胶中GO浓度,可显著提高对染料的吸附能力,缩短达到吸附平衡的时间。     

细菌纤维素/聚乙烯醇双网络复合水凝胶的制备与性能研究

利用冷冻-解冻法制备了细菌纤维素（BC）/聚乙烯醇（PVA）双网络复合水凝胶,研究不同BC含量及循环周期对BC/PVA复合水凝胶力学性能和溶胀特性的影响,结果表明,随着BC含量的增多,复合水凝胶的含水率、平衡溶胀比、拉伸强度和压缩强度与普通的PVA水凝胶相比均有一定程度的提高;综合考虑,当BC含量为4%时,各项性能均达到最佳值;随着循环次数的增多,水凝胶内部的物理交联点增多,导致水凝胶的含水率下降,拉伸强度和压缩强度则有明显的上升趋势。SEM观察的结果与之前的分析是一致的。     

氧化石墨烯/丝素蛋白凝胶结构及其性能研究

目前医用凝胶材料普遍存在力学强度较差及生物降解速度过快等问题。以蚕丝丝素蛋白(SF)凝胶为基础材料,加入氧化石墨烯(GO),并将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)作为交联剂制备SF/GO复合凝胶,旨在改善凝胶材料的力学性能,使其在保证复合凝胶材料应有的力学强度的同时,发挥丝素蛋白、氧化石墨烯的生物学效应及凝胶材料的多孔支架作用。实验结果显示,EDC的加入可以使得SF、GO共混形成稳定、均匀的无规卷曲结构,扫描电镜(SEM)显示SF/GO凝胶具有典型的多孔结构。GO的加入可以有效缩短复合材料的凝胶时间,同时复合凝胶材料的力学性能得到明显改善,其压缩强度提高40%以上。GO的加入还可明显延长材料的降解时间。基于SF/GO的复合凝胶在组织修复及再生领域具有较好的应用前景。     

氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌

采用湿法预浸技术和模压工艺制备了氧化石墨烯(GO)改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料,研究了 GO在室温干态及湿热处理后对CF/EP复合材料动态热力学性能和层间剪切性能的影响,并通过微观形貌分析了复合材料的改性机制.结果表明,当GO添加量分别为0.5％和0.8％时,GO-CF/EP复合材料的玻璃化转变温度(Tg...     

氧化石墨烯/海藻酸钙水凝胶复合膜对水中Cd(II)的吸附

将氧化石墨烯(GO)、致孔剂与海藻酸钠共混后与CaCl₂交联制备的GO/海藻酸钙（CA）水凝胶复合膜作为含重金属废水的吸附材料。采用SEM和TEM表征了复合膜的表面形貌及透射性能,且分析了GO的加入对复合膜的力学性能、平均孔径、水通量及表面官能团的影响。为探究GO/CA水凝胶复合膜的吸附性能,考察了其吸附Cd(II)的影响因素:pH（6~7）值、初始离子浓度、接触时间、温度（三者均正相关）。用FTIR、XPS在吸附前后对复合膜进行了表征;引入了吸附动力学和等温线模型分析其吸附机制。探究结果表明GO的加入提高了复合膜的力学性能、平均孔径及水通量;吸附过程遵循Langmuir等温线,属于单层吸附,拟合得到的最大吸附量为173.61 mg/g;伪一级和伪二级吸附动力学分别在低浓度和高浓度时能较好地描述吸附过程的动力学行为;吸附机制主要为物理作用力吸附和离子交换。经过5个连续的吸附-解吸循环证明了GO/CA水凝胶复合膜的可重复利用性。      

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备及阻水性能

以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,采用原位聚合法制备GO/聚酰亚胺酸（PAA）前驱体,GO/PAA前驱体经高温固化处理后得到GO/聚酰亚胺（PI）复合薄膜;采用XRD、Raman、FTIR、AFM等表征手段对GO的结构进行表征;此外,研究了不同固化温度下PI薄膜的结构;最后测试了GO/PI复合薄膜的透湿率和力学性能。结果表明:GO为单层结构,厚度为1.26 nm。GO/PI复合薄膜表现出良好的阻水性能,当GO/PI复合薄膜中GO的添加量为0.025wt%、薄膜厚度为50 μm时,GO/PI复合薄膜的透湿率低至56.7 g（m2·d）-1。此外,0.025wt% GO/PI复合薄膜拉伸强度和断裂伸长率分别为150.8 MPa和13.5%,与PI薄膜（分别为126.9 MPa和8.1%）相比,分别增加了18.8%和66.7%。      

A high strength semi-degradable polysaccharide-based hybrid hydrogel for promoting cell adhesion and proliferation

Traditionally, practical applications of polysaccharide hydrogels have been limited for their weak mechanical properties under physiological conditions. In this study, we constructed a novel polysaccharide-based semi-degradable hydrogel whose network was constructed by chemical cross-linking of glycidyl methacrylate-modified laminarin and the hydrogen bonded physical cross-linking of poly(N-acryloyl glycinamide). In addition, the introduction of 1-vinyl-1,2,4-triazole content could increase the equilibrium water content of hydrogels and endow hydrogels with anti-bacterial and anti-inflammatory abilities. The prepared hydrogels exhibited comprehensive high mechanical properties up to 0.63 MPa tensile strength, 650% stretchability, and maximum 3.2 MPa compressive strength at swelling equilibrium state. The hydrogen bond interactions could well support the three-dimensional network of hydrogel after the degradation of modified laminarin. Meanwhile, the content of laminarin could facilitate cell adhesion and proliferation on the surface of hydrogel. It is anticipated that this high strength semi-degraded hydrogel may find a promising application as articular cartilage replacement.     

Improving the thermal and mechanical properties of polysulfone by incorporation of graphene oxide

Nanocomposites of polysulfone (PSF)-graphene oxide (GO) were prepared by classical phase inversion method. The structural and surface features and the mechanical and thermal performances of the prepared materials were investigated in detail. TEM and X-ray diffraction analysis indicated a good compatibility and excellent dispersability with PSF matrix for the low GO content (0.25, 0.5 and 1 wt.%) composites. It was observed that GO dispersion was reasonably homogeneous for the composite with 2 wt.% GO. The mechanical properties of the prepared materials were found to be greatly enhanced by the addition of GO for some compositions. The thermogravimetrical investigation demonstrated considerable improvements in thermal stability for the composite with low GO content. This novel material offers a feasible candidate for practical membrane application.     

海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料的制备与性能

通过化学发泡-冷冻干燥-粒子滤出复合法制备聚乳酸(PLLA)大孔支架, 然后在大孔内以海藻酸钠(SA)、碳酸钙、葡萄糖酸内酯(GDL)为原料, 通过原位相转变制备海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料(CA/PLLA); 分别利用SEM、压缩强度测试和细胞培养对CA/PLLA支架的形貌、力学性能及生物相容性进行了研究。结果表明: PLLA具有直径小于2 mm、孔道相互连通的孔洞, 且在大孔中能够形成均匀的CA。CA/PLLA复合材料的压缩强度(2.74 MPa)远大于单一的海藻酸钙水凝胶的压缩强度(0.10 MPa)。在CA/PLLA复合支架中, 软骨细胞呈簇状圆形生长状态, 与其在天然软骨陷窝里生长状态一致。这种软硬结合、天然与合成高分子杂化的CA/PLLA复合材料的力学强度和生物相容性同时得到提高, 可进一步作为骨和软骨修复材料研究。     

苯硼酸水凝胶电解质的制备及其在柔性超级电容器中的应用

以3-丙烯酰胺基苯硼酸（AAPBA）和丙烯酰胺（AM）为原料,过硫酸铵（APS）为引发剂,制备得到机械强度高的水凝胶电解质P(AAPBA-co-AM),探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能。结果表明：聚3-丙烯酰胺基苯硼酸和聚丙烯酰胺链之间多重氢键的协同作用,使得水凝胶具有良好的力学强度和韧性,其断裂应力为170 kPa,断裂伸长率为5 000 %。在1 A/g电流密度下,比电容达到116 F/g,经过2 000次循环后的电容保持率为74%。超级电容器经多次弯曲、折叠,其电化学性能基本保持不变,展现良好的柔性以及电化学稳定性。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。