[发明专利]一种氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合材料技术领域，具体涉及一种由氧化石墨烯和细菌纤维素复合而成的复合材料及其制备方法。

背景技术

细菌纤维素是微生物合成的纤维素的统称。其中比较典型的是醋酸菌属中的木醋杆菌（Acetobacter xylinum），它具有最高的纤维素生产能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株。

细菌纤维素在物理性质、化学组成和分子结构上与天然(植物)纤维素相近，但具有以下特点:(1)高纯度、聚合度和结晶度；(2)超精细网状结构；(3)高抗张强度和弹性模量；(4)持水能力强；(5)较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性；(6)生物合成时的可调控性。其次，细菌纤维素的合成过程环保、无污染，原料生物相容性好。细菌纤维素纤维可自然降解，是一种环境友好、生态的纺织材料。目前，细菌纤维素在食品、声音振动膜、高强度纸、新型伤口包扎材料等产品已进人实用化阶段，在其他方面也具有广泛的商业化潜力。细菌纤维素虽然性质优良，但由于其机械性能及物理性能的欠缺，影响了其发展和应用。

随着社会的发展，人们对材料的要求越来越高，这使得材料领域的发展也日新月异，新兴材料受到各国研究者的注目，所谓“新材料”就是指那些具有传统材料所不具备的优异或特殊性能的一类材料。作为新材料的新秀—新型碳材料具有传统材料所不能比拟的优良性能，如密度小、强度大、刚度好、耐高温、抗化学腐蚀、抗疲劳、高导电、高导热、热膨胀小、生理相容性好等，同时既可成为世界上最硬的金刚石，也可成为世界上最软的石墨，可谓是军民两用的新材料，理所当然，被誉为第四大工业材料。

石墨烯及其复合物的制备是石墨烯研究领域一个极其重要的课题，如何简单、快速、绿色地制备石墨烯及其复合物，而又防止石墨烯片的聚集是石墨烯基材料得以大规模应用的前提。

氧化石墨烯(graPheneoxide)是石墨烯的一种重要的派生物，也被称为功能化的石墨烯，它的结构与石墨烯大体相同，只是在二维基面上连有一些官能团。相关资料结果显示，主要是一些含氧官能团，这使其不需要表面活性剂就能在水中很好的分散。一些学者认为，氧化石墨烯能在水中均匀分散，不仅仅是因为氧化石墨烯的亲水性，另一方面可归功于片层表面的静电力排斥，从而在水中均匀分散。因此，与昂贵的碳纳米管、富勒烯相比，氧化石墨烯的价格低廉，原料易得，成为纳米复合材料中优质填料的最佳选择。氧化石墨烯具有较高的比表面能，良好的亲水性及机械性能，且在水极性有机溶剂中分散性较好，其成本更是比碳纳米管低得多，这种新型纳米材料受到越来越多学者的关注，已成为各国科学家研究的热点。聚合物基-氧化石墨烯复合材料的研究成果也层出不穷，其研究目前主要集中在一些亲水性聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酞胺等的制备方法和形态结构以及力学性能等的研究面上，其研究的聚合物品种较少，而且对复合材料的性能研究和应用领域的开发工作展开得还不够充分。

目前，报道的石墨烯基复合材料的制备是先将氧化石墨烯化学或热还原成石墨烯，然后再与其他组分（或其前驱物）通过化学或物理方法复合。这一过程不但涉及高毒性化学试剂、高温和多步反应，还存在石墨烯片的聚集、各组分分布不可控等缺点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料的制备方法，本发明直接以氧化石墨烯分散液和细菌纤维素培养液为原料，通过动态共培养的方法直接制备得到氧化石墨烯与细菌纤维素的复合物，且氧化石墨烯含量较高。该复合物的纤维组织阻挡了氧化石墨烯片的聚集，使得该复合物具有极高的比表面积。该方法无需有毒化学试剂、高温和多步反应过程，具有简单、快速和绿色特点，可进一步延伸制备其它浓度的石墨烯基复合材料。本发明合成的氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料不但环境污染控制领域具有很大应用潜力，而且在生物医学领域有很好的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明一种氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料，利用超声细胞粉碎仪使得氧化石墨烯均匀地分散在细菌纤维素培养液中，并由摇床动态共培养复合而成，其中，氧化石墨烯片状微粒均匀生长在细菌纤维素网状纤维结构中。

本发明一种氧化石墨烯-细菌纤维素复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1）、去离子水配置质量体积浓度为0.2-0.8mg/ml的氧化石墨烯分散液，超声分散2-3小时，紫外灭菌3次，每次15分钟；

步骤2）、配置细菌纤维素培养液，所述培养液的pH值为4.5，并置入灭菌锅中，在120℃、0.1Mpa下灭菌30分钟；