一种具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有光热响应性的聚(N‑异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法，首先将聚(N‑异丙基丙烯酰胺)加入石墨烯分散液中，然后加入八缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷和2‑乙基‑4‑甲基咪唑，搅拌分散均匀后获得电纺液，再通过静电纺丝法得到含有聚(N‑异丙基丙烯酰胺)和石墨烯的纺丝薄膜，交联后得到具有光热响应性的复合材料。本发明专利技术基于静电纺丝法制备材料，材料配比易于调控，且制备简单，所得到的材料具有响应速率高，响应特征变化明显的优点。具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法
本专利技术属于有机/无机复合功能材料
，具体涉及一种具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
聚合物和纳米结构材料的协同效应促使了一系列新型复合材料的产生，并由于其独特的性质，在许多领域吸引着人们这进一步深入研究。其中聚合物组分在调节与光学，催化，电学，传感和生物医学领域相关的无机纳米材料的性质中起关键作用。这些复合材料比单独组分具有更高的化学或物理复杂程度，也表现出不一样的性质。当这些材料受到外界刺激时，比如来自温度，pH，电场等变化所产生的影响时，其体积，形貌可能会发生一些变化，根据其变化条件及特征，在特定的条件下会有特殊用途。对于光响应性材料而言，最重要的挑战是在重复体积变化期间实现快速响应、响应特征变化明显和结构完整性。就目前的响应材料来说，金棒是一种很常见的材料，虽然其响应速度很快，但是也存在一些缺点，比如价格高昂，同时由于其传热的速率较高，存在一些难以控制反应速度的情况，由于局部温度过高，会对材料造成不可逆转的破坏。本专利技术通过研究发现，采用石墨烯代替金棒，通过调节石墨烯的浓度来调节材料的响应速度，同时获得的材料既具有热响应性，又有光响应性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法。本专利技术制备方法极其简单，重复性高，且可调控性极高，同时制备的材料具有响应速率高，响应特征变化明显的优点。本专利技术中，使用了石墨烯材料，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯由于其具有优异的光学、电学、热传导性等特性，在包括微纳材料组装、能应用，生物医学和药物输送等方面具有重要的应用前景，自问世以来就被认为是一种革命性材料。本专利技术主要利用石墨烯优良的热传导性能和光学性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。所用的聚合物为热敏性聚合物聚(N-异丙基丙烯酰胺)，其一个显著的特征是其在定义为较低临界溶解温度(LCST)的特定温度下会经历可逆相变。本专利技术具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法，首先将聚(N-异丙基丙烯酰胺)加入石墨烯分散液中，然后加入八缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷(OpePOSS)和2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)，搅拌分散均匀后获得电纺液，再通过静电纺丝法得到含有聚(N-异丙基丙烯酰胺)和石墨烯的纺丝薄膜，交联后得到具有光热响应性的复合材料。具体包括如下步骤：步骤1：将通过改进的Hummers方法合成的氧化石墨烯(合成方法参见W.S.HummersandR.E.Offeman,J.Am.Chem.Soc.,1958,80,1339.)定容获得浓度为5.0～7.0mg/ml的溶液，然后置于真空干燥箱中于30～50℃下干燥18～30h，获得石墨烯；步骤2：将步骤1得到的石墨烯60～100mg加入6～10mlN,N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，获得石墨烯分散液；步骤3：将1.0～1.4g聚(N-异丙基丙烯酰胺)加入步骤2获得的石墨烯分散液中，磁力搅拌分散均匀；步骤4：将150～200mg八缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷(OpePOSS)和4.4～6.8mg的2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)加入到步骤3得到的混合溶液中，磁力搅拌分散均匀，即可得到电纺液；步骤5：将步骤4得到的电纺液加入到10ml的注射器中，开始进行静电纺丝，即可得到含有石墨烯和聚(N-异丙基丙烯酰胺)的纳米纤维；步骤6：将步骤5得到的纳米纤维置于真空干燥箱中，进行交联反应，得到具有光热响应性的复合材料。步骤2中，超声分散的时间为2～8h，优选为3～7h。步骤3中，磁力搅拌时间为2～7h，优选为3～6h。步骤4中，磁力搅拌时间为0.5～3h，优选为1～2h。步骤5中，静电纺丝的电压为8.0～12.0kv，流速为0.6～1.0ml/h，喷丝头与接收屏之间的距离为10～20cm。步骤6中，交联反应的温度为120～200℃，反应时间为2～6h。将本专利技术得到的光热响应材料用波长为808nm，功率为1～2W(优选1.5～2W)的红光灯照射，观察其光响应性；将本专利技术得到的光热响应材料分别先后放入温度为15～25℃(优选20～25℃)和35～45℃(优选35～40℃)的水中，观察其热响应性。与已有技术相比较，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术提供了一种基于静电纺丝法聚(N-异丙基丙烯酰胺)掺杂石墨烯的光/热响应性材料的制备方法。其具有原料易得，实验配比易于调控，实验流程简单。且所制备的光响应性材料，与现有材料的性能相比较，具有响应速率高，响应特征变化明显的优点。附图说明图1为本专利技术实施例1步骤1所得的石墨烯的扫描图片，其中(a)、(b)分别为不同放大倍数下。图2为本专利技术实施例1步骤5所得静电纺丝的扫描图片，其中(a)、(b)分别为不同放大倍数下。图3为本专利技术实施例1步骤5所得静电纺丝的透射图片，其中(a)、(b)分别为不同放大倍数下。图4为本专利技术实施例1步骤5所得静电纺丝的宏观照片。图5为本专利技术实施例1步骤6所得到的光热响应性材料的扫描图片，其中(a)、(b)分别为不同放大倍数下。图6为本专利技术实施例1步骤7红外灯照射下观察其形变速率的宏观照片，其中(a)、(b)分别为光照前和光照后的图片。图7为本专利技术实施例1步骤7红外灯照射下观察其形变特征的宏观照片，其中(a)、(b)分别为光照前和光照后的图片。图8为本专利技术实施例1步骤8中材料分别放入水中时材料形状的图片，其中(a)、(b)分别是放入25℃和40℃水中的图片。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，下述实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用试剂、材料等如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中，所述静电纺丝是指将电纺溶液倒入注射器内，注射器安置在注射泵内，由注射泵以一定速率推进液体，同时直流电源接在针头处进行静电纺丝，所得的纤维在铜网上进行收集，经过一段时间即可从铜网上剥离，得到含有聚(N-异丙基丙烯酰胺)和石墨烯的纺丝薄膜，放到真空干燥箱中进一步处理即可得到所制备的响应性材料。其中试验中所用的双注射泵为美国Harvad公司生产PHD22/2000，离心机为上海安亭科学仪器厂生产的AnkeTGL-10B，电纺的直流高压电源由北京生产的EST705高精度高稳定静电高压发生器(0-60KV)提供，真空干燥箱为上海精宏实验设备有限公司生产的DZF-6020，透射电子显微镜为日本生产的JEOL-F2010，扫描电子显微镜为德国生产的ZeissSupra40，磁力搅拌器为江苏金坛市金城国胜实验仪器厂生产的CJJ-931四联加热磁力搅拌器，红外灯的型号为MDL-Ⅲ-808-2.5W。实验所用药品购买后未经任何处理直接使用。实施例1：1、将通过改进的Hummers方法合成的氧化石墨烯定容成浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光热响应性的聚(N‑异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：首先将聚(N‑异丙基丙烯酰胺)加入石墨烯分散液中，然后加入八缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷和2‑乙基‑4‑甲基咪唑，搅拌分散均匀后获得电纺液，再通过静电纺丝法得到含有聚(N‑异丙基丙烯酰胺)和石墨烯的纺丝薄膜，交联后得到具有光热响应性的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有光热响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：首先将聚(N-异丙基丙烯酰胺)加入石墨烯分散液中，然后加入八缩水甘油基多面体低聚倍半硅氧烷和2-乙基-4-甲基咪唑，搅拌分散均匀后获得电纺液，再通过静电纺丝法得到含有聚(N-异丙基丙烯酰胺)和石墨烯的纺丝薄膜，交联后得到具有光热响应性的复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将通过改进的Hummers方法合成的氧化石墨烯定容获得浓度为5.0～7.0mg/ml的溶液，然后置于真空干燥箱中于30～50℃下干燥18～30h，获得石墨烯；步骤2：将步骤1得到的石墨烯60～100mg加入6～10mlN,N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，获得石墨烯分散液；步骤3：将1.0～1.4g聚(N-异丙基丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传玲，李昊，张天赐，刘江涛，姜志浩，汪昱，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34