一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜及其制备和应用。该薄膜是将氧化石墨烯分散液刷涂在预拉伸的乳胶薄膜上，晾干，重复操作得到。该制备方法包括：将乳胶薄膜用氧气等离子处理，然后拉伸到不同程度并固定；将氧化石墨烯分散液刷涂预拉伸的乳胶薄膜上，然后置于红外灯下晾干。该薄膜具有良好的光致变形性能，能够在红外光照下较快地产生响应，且此种响应是可逆的。

A Flexible Graphene Oxide/Latex Film with Wrinkles and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜及其制备和应用
本专利技术属于光致动材料及其制备和应用领域，特别涉及一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
光能是一种清洁能源，能进行远程、精确、即时的控制，随着人类社会“智能化”的发展趋势和环保意识的加强，光响应性材料成为智能材料的研究热点。中美研究人员最新开发出一种可强力粘合水凝胶和身体组织的新型光响应胶布，通过紫外光作用，与缝合聚合物配位的三价铁离子被还原为二价铁离子，导致缝合网络解交联而重新成为溶液，使得强粘接被有效去除(YangG,KanglingW,et.al.,Adv.Mater.,DOI:10.1002/adma.201806948)。对于光致变形材料的研究，常常围绕含有偶氮苯等光敏基团的交联型液晶高分子展开，鲜少出现其他种类材料的报道。随着材料发展的不断进步，传统的光驱动变形材料逐渐显现出不足，如制备工艺复杂，光响应时间长，稳定性差以及恢复速率慢等。2004年，英国科学家利用微机械剥离法首次分离制备出石墨烯这一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，其既可形成三维的石墨又可形成一维的碳纳米管、零维的富勒烯等。石墨烯的优异性能，例如坚硬、高透明度、导热率和电导率等，使其在纳电子器件、晶体管、传感和航空材料得到广泛应用。氧化石墨烯是石墨烯的一种重要衍生物，其表面含有大量官能团，如—OH、—COOH、—O—等。这些官能团的存在使氧化石墨烯有了一些新的性能，如良好的分散性和水分子吸附/脱附能力、增加了与聚合物的相互作用性等。已有相关研究工作用氧化石墨烯制备薄膜并应用到致动领域，例如梯度结构的rGO/GO薄膜，Au/GO双层膜等(一种多重响应的石墨烯/氧化石墨薄膜的制备方法，专利号：ZL201410817909.6；一种电致动氧化石墨烯/金属双层薄膜及其制备方法，专利号：ZL201610146807.5)，但是这些石墨烯基致动薄膜都不具有拉伸性能，难以满足相关应用场景对致动器件的柔性要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜及其制备方法和应用，以克服现有技术中光致动材料光响应时间长、稳定性差以及恢复速率慢等缺陷。本专利技术提供一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜，所述薄膜是将氧化石墨烯分散液刷涂在预拉伸的乳胶薄膜上，晾干，重复操作得到。所述预拉伸的乳胶薄膜在拉伸前进行等离子处理。本专利技术还提供一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜的制备方法，包括：(1)将乳胶薄膜用氧气等离子处理，然后拉伸到不同程度并固定；(2)将氧化石墨烯分散液刷涂在步骤(1)中预拉伸的乳胶薄膜上，然后置于红外灯下晾干，重复操作，得到褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜。所述步骤(1)中等离子处理时间为5～30min。所述步骤(1)中乳胶薄膜的拉伸程度为0～80％。所述步骤(2)中氧化石墨烯分散液的制备包括：将氧化石墨烯加入蒸馏水中，搅拌后超声处理2～4h，即得；氧化石墨烯分散液的浓度为2～15mg/mL。所述步骤(2)中将氧化石墨烯分散液刷涂在步骤(1)中预拉伸的乳胶薄膜上为：用毛笔刷吸附氧化石墨烯分散液，并均匀地刷涂在预拉伸的乳胶薄膜上。所述步骤(2)中红外灯的功率为10～50mW/m2。所述步骤(2)中重复操作为：重复步骤(2)3～9次。本专利技术还提供一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜的应用。有益效果(1)本专利技术的操作方法简单，制备过程快速安全；(2)本专利技术的褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜具有良好的光致变形性能，能够在红外光照下较快地产生响应，且此种响应是可逆的；(3)本专利技术的褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜具有高比表面积，低表面能等特点，有良好的柔性和稳定的光致变形性能，在智能穿戴、人造肌肉、光驱动器、可拉伸电子器件、应力应变传感器和智能涂层等领域有一定的应用前景。附图说明图1为实施例1中氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜在红外灯光下的变形过程图。图2为实施例1中氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜的SEM照片。图3为实施例2中褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜的SEM照片。图4为实施例3中褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜的SEM照片。图5为实施例4中褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜的SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)在室温下，称取用改进的Hummers方法制备的氧化石墨1g，量取100mL的蒸馏水，将两者转移至200mL试剂瓶中，搅拌5分钟后进行4h的超声，得到浓度为10mg/mL的氧化石墨烯分散液。(2)将乳胶薄膜用氧气等离子处理10分钟后在其上量取6×6cm的正方形并用手工铡刀进行剪裁。将剪裁好的乳胶薄膜用夹子固定，拉伸程度为0％。(3)在培养皿上倒取氧化石墨烯分散液，用毛笔刷吸附氧化石墨烯分散液，并均匀地刷涂在乳胶薄膜上，然后置于红外灯(20mW/m2)下晾干，每次晾干的时间为50s，进行6次晾干后，即得氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜，图2是氧化石墨这一侧的SEM照片，从图中可以看出氧化石墨烯涂层出现褶皱的形貌。将制得的氧化石墨烯/乳胶柔性变形薄膜剪裁成羽毛状复叶互生，呈掌状排列的叶片形状，给予红外灯光照射，记录薄膜的变形与恢复情况，如图1所示，0～30s为薄膜的变形过程，30s以后开始恢复，再经过20s后完全复原。该过程中薄膜变形迅速，且整个过程能重复50次，循环稳定性较好。实施例2根据实施例1的方法，除了将实施例1中等离子处理后的6×6cm的正方形乳胶薄膜长宽均拉伸到7.2cm用夹子固定外，其余均与实施例1相同，取下固定薄膜的夹子，使薄膜自然伸缩至不再变化，即得拉伸程度为20％的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜，图3是氧化石墨这一侧的SEM照片，从图中可以看出氧化石墨烯涂层的表面褶皱更多，变形程度更大。本实施例制得的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜的变形效果和复原程度与实例1中的样品基本一致。实施例3根据实施例1的方法，除了将实施例1中等离子处理后的6×6cm的正方形乳胶薄膜长宽均拉伸到9.0cm用夹子固定外，其余均与实施例1相同，取下固定薄膜的夹子，使薄膜自然伸缩至不再变化，即得拉伸程度为50％的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜，图4是氧化石墨这一侧的SEM照片，从图中可以看出机械变形导致氧化石墨烯涂层显示出周期性褶皱。本实施例制得的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜的变形效果和复原程度与实例1中的样品基本一致。实施例4根据实施例1的方法，除了将实施例1中等离子处理后的6×6cm的正方形乳胶薄膜长宽均拉伸到10.8cm用夹子固定外，其余均与实施例1相同，取下固定薄膜的夹子，使薄膜自然伸缩至不再变化，即得拉伸程度为80％的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜，图5是氧化石墨这一侧的SEM照片，从图中可以看出氧化石墨烯涂层的褶皱结构更为密集，比表面积显著增大。本实施例制得的褶皱氧化石墨烯/乳胶薄膜的变形效果和复原程度与实例1中的样品基本一致。对比例1专利ZL201410817909.6制备了一种多重响应的石墨烯/氧化石墨薄膜，具体步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜，其特征在于，所述薄膜是将氧化石墨烯分散液刷涂在预拉伸的乳胶薄膜上，晾干，重复操作得到。

【技术特征摘要】
1.一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜，其特征在于，所述薄膜是将氧化石墨烯分散液刷涂在预拉伸的乳胶薄膜上，晾干，重复操作得到。2.根据权利要求1所述薄膜，其特征在于，所述预拉伸的乳胶薄膜在拉伸前进行等离子处理。3.一种褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜的制备方法，包括：(1)将乳胶薄膜用氧气等离子处理，然后拉伸到不同程度并固定；(2)将氧化石墨烯分散液刷涂在步骤(1)中预拉伸的乳胶薄膜上，然后置于红外灯下晾干，重复操作，得到褶皱氧化石墨烯/乳胶柔性薄膜。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤(1)中等离子处理时间为5～30min。5.根据权利要求3所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀刚，孙之彦，时秋伟，王宏志，侯成义，张青红，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31