[发明专利]一种制备纳米银-石墨烯仿生纳米结构复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料技术领域，特指一种制备纳米银-石墨烯仿生纳米结构复合薄膜的方法，采用LBL静电自组装工艺、热处理后得到具有仿生纳米结构且具有优异的性能的复合薄膜。

背景技术

石墨烯( Graphene)是单原子厚度的二维碳原子晶体，被认为是富勒烯、碳纳米管( CNT )和石墨的基本结构单元，其独特的纳米结构和电学性质使其已经成为备受瞩目的国际前沿和研究热点；然而有关石墨烯生物活性以及生物相容性的研究相对较少，当前世界范围内围绕石墨烯生物活性方面的研究主要集中在两个方面：第一，研究石墨烯、氧化石墨烯以及石墨烯基复合材料（如：纳米银-石墨烯）的生物活性；第二，利用石墨烯基材料具有大的比表面积、氧化石墨烯生物相容性好、毒性较小等优点，充当抗菌等药物的载体进行药物运输和控制释放，然而目前尚未有关于制备石墨烯基仿生纳米结构薄膜的报道。

LBL静电自组装工艺是制备无机薄膜的一种常用方法。本发明提出以氧化石墨烯胶体溶液，Ag/PDDA溶胶分别为阴阳离子电解质溶液，采用自组装工艺获得层数可控的复合薄膜，该薄膜具有典型的天然珍珠层类结构，似于人体的骨骼组织，纳米Ag的引入可以有效起到抗菌的效果，并且该复合薄膜对哺乳类细胞伤害极小，因此该生物相容性薄膜在生物材料领域有着广泛的应用前景。目前还没有将石墨烯材料应用于该领域的报道出现。

发明内容

本发明的目的在于以氧化石墨烯胶体，Ag溶胶分别作为阴阳离子电解质溶液，采用LBL静电自组装工艺制备仿生结构复合薄膜。

一种制备纳米银-石墨烯仿生纳米结构的复合薄膜的方法，所用原料为：氧化石墨烯（自制）、AgNO₃（分析纯）、NaBH₄（分析纯）、聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐（PDDA、分析纯）、H₂O₂（分析纯）、H₂SO₄（分析纯）、KH-550（分析纯）。  

制备工艺为：

（1）将氧化石墨烯加入到去离子水中，每ml去离子水加入0.1mg的氧化石墨烯，配置成悬浮液并超声至均匀分散。

（2）将硝酸银水溶液和PDDA水溶液混合均匀得到混合溶液，将混合液滴加入硼氢化钠还原液，硝酸银水溶液、PDDA水溶液和硼氢化钠还原液三者之间的体积比为：30：5：10，其中硝酸银水溶液的浓度为0.9 mmol/mL，PDDA水溶液的浓度为3.6 mmol/mL，硼氢化钠还原液的浓度为3.6 mmol/mL，室温下反应30 min，获得纳米Ag/PDDA溶胶。

（3）将清洁石英基片进行预处理，具体为：将清洁石英基片浸于H₂O₂/H₂SO₄的混合液中40 min，H₂O₂与H₂SO₄的体积比为3:7，然后浸入体积比为1：1：5的NH₃·H₂O/H₂O₂/H₂O的混合溶液中，NH₃·H₂O的质量百分浓度为25%，H₂O₂的质量百分浓度为:30%，60℃水浴加热20 min后用去离子水清洗吹干后至于体积浓度为2%的KH-550的乙醇溶液中浸泡2.5 h后取出基片，无水乙醇冲洗干净后放入pH为3的盐酸溶液中浸泡10 min，用去离子水清洗后于干燥箱中在80℃干燥1 h或用氮气吹干，待用。

（4）将预处理过的石英基片浸入氧化石墨烯溶液中5-15 min后用去离子水冲洗、氮气吹干后再侵入已获得的纳米Ag/PDDA溶胶中5-15 min后用去离子水冲洗。 

（5）重复步骤（4）制备得到多层复合薄膜，重复次数应不小于10次。

（6）将所得多层复合薄膜置于管式炉中于200-600℃，氢气和氩气混合气体中热处理0.5-2.5 h，氢气和氩气的体积比1:2，得到纳米银-石墨烯复合薄膜。

步骤（4）中基片在氧化石墨烯溶液中，纳米Ag/PDDA溶胶中浸渍5-8 min为佳。

步骤（6）中温度控制300-400℃为佳，热处理时间为1.5-2 h为佳。