[发明专利]一种强韧一体化仿生层状石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强韧一体化仿生层状石墨烯复合材料的制备方法，属于纳米仿生复合材料制备领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格的单原子厚度的层状薄膜。石墨烯与碳纳米管同属新型碳材料家族，是已知材料中最薄、硬度最大、韧性最大的材料。石墨烯具有独特的物化性能，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，常温下它的电子传输速度比硅快数十倍、导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。作为石墨烯的一种衍生物，氧化石墨烯表面及边缘含有大量含氧官能团，如羟基、羰基、羧基等，而且具有优异的机械性能。因此，以氧化石墨烯为基材是制备高性能纳米复合材料的一种新途径。氧化石墨烯本身丰富的官能团为复合材料界面强度构筑提供了契机，目前普遍采用的方法，主要有以下几种：(1)Ruoff等人提采用二价无机离子交联(ACS Nano2008,2,572，如Mg²⁺、Ca²⁺，提高氧化石墨烯层间的强度；(2)，Ruoff等人还提采用聚丙烯胺交联(J.Phys.Chem.C2009,113,15801)或烷基胺交联(ACS Nano2010,4,2300)，交联氧化石墨烯，实现对氧化石墨烯层间强度的提高；(3)Nguyen等人提出采用硼酸盐交联(Adv.Mater.2011,23,3842)氧化石墨烯，提高氧化石墨烯层间强度；(4)张忠等人提出采用戊二醛交联(ACS Nano2011,5,2134)氧化石墨烯，提高氧化石墨烯层间强度；(5)石高全等人提出采用π-π共轭(J.Am.Chem.Soc.2008,130,5856)，提高氧化石墨烯层间强度；(6)Nguyen等人提出采用氢键作用(ACS Nano2012,6,2008)，提高氧化石墨烯层间强度；(7)程群峰等人采用10,12-二十五碳二炔-1-醇(PCDO)共价交联(Angewandte.Chemie.2013,125,3838)，提高氧化石墨烯层间强度；(8)冯嘉春等人采用聚醚酰亚胺(PEI)交联(Adv.Mater.2013,25,2980)，提高氧化石墨烯层间强度。尽管以上报道实现了复合材料在某一项性能的提高，如高力学强度、或高硬度、或高韧性。但是，同时实现氧化石墨烯复合材料的强度和韧性仍然是一个巨大挑战。

目前关于多巴胺/氧化石墨烯材料的相关专利有：一种三维石墨烯-聚多巴胺-金纳米粒子复合材料及其制备方法(CN102875805A)和聚多巴胺/氧化石墨烯/BSA的制备方法及其手性分离应用(CN103357452A)，关于多巴胺-氧化石墨烯复合材料的相关专利还没有报道。关于多巴胺/氧化石墨烯复合材料的论文有：ACS Applied Materials&Interfaces,4,1016-1020.2012(Reduction and Functionalization of Graphene Oxide Sheets Using Biomimetic Dopamine Derivatives in One Step.)，Biomacromolecules,13,4236-4246.2012(General and Biomimetic Approach to Biopolymer-Functionalized Graphene Oxide Nanosheet through Adhesive Dopamine.)，Chemistry–A European Journal,19,8673-8678.2013(Thiol–Yne Click Reactions on Alkynyl–Dopamine-Modified Reduced Graphene Oxide)，以上论文只讨论了多巴胺如何还原氧化石墨烯，并没有报道如何通过多巴胺/氧化石墨烯构筑层状复合材料。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种强韧一体化仿生层状石墨烯复合材料的制备方法，获得的仿鲍鱼壳层状复合材料不仅具有高强度同时具有高韧性，其强度是天然鲍鱼壳的2倍，韧性是天然鲍鱼壳的1.5倍，同时还具有优异的电导率，

本发明是通过下述技术方案实现的：一种强韧一体化仿生层状石墨烯复合材料的制备方法，实现步骤如下：

(1)采用搅拌超声方法将氧化石墨烯配成均匀的氧化石墨烯水溶液；