本发明专利技术涉及一种基于细菌纤维素模板的导电复合薄膜。更具体而言，本发明专利技术提供了一种无机非金属纳米颗粒/细菌纤维素导电复合薄膜及其制备方法，属于无机非金属纳米材料与生物高分子纳米材料复合领域。其主要特征在于，利用细菌纤维素所具有的独特超精细多孔3D网络结构和高氧密度（羟基），无机非金属导电纳米颗粒物理缠绕和化学结合在纤维素薄膜上。本发明专利技术具有成本低廉，无需使用特殊和价贵有毒的表面活性剂，制备工艺极其简单易行、制备技术可控、易于工业化实施等优点，制得的复合薄膜在原有细菌纤维素优异的物理、机械和加工性能基础上，又大大提高了复合薄膜的导电性能，在电极材料(如燃料电池电极材料)等领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机非金属纳米材料制备领域，特别是一种。
技术介绍
细菌纤维素(BC)是一种由细菌产生的纤维素，它由带状纳米纤维(<100nm宽)通过大量的氢键相互连接而构成了极其独特的超精细多孔3D网络结构，因而这种凝胶状细菌产物具有极高的孔隙率和比表面积；与植物纤维素相比，BC不含木质素、半纤维素以及果胶等杂质，因而又具有极高的纯度。由于每一个BC纳米纤维是由半结晶延展纤维素链组合而成的纤维素微纤束，因而它们的轴向热膨胀率非常小(lppm/K，接近玻璃)，杨氏模量 (138GPa)和拉伸强度(>2GPa)几乎与那些芳香尼龙纤维(高强纤维Kevlar纤维)相等。如今，作为一种可再生、在位可铸、可生物降解和可低成本大规模生产的天然资源，BC因其独特的结构和优异的性能而具有极大的工业应用潜力，迅速吸引了世界范围内的广泛关注， 研究的热点是如何利用其独特的结构和诸多有用的性能产生高价值产品，尤其是基于BC 的先进功能材料，例如细菌纤维素复合材料。BC虽然具有优异的物理、机械和加工性能，但BC不导电，因而一些研究者利用其独特的超精细多孔3D网络结构作为模板，并结合利用碳纳米管(CNTs)所具有的高导电率和一维结构，研发了可用于电极材料等领域的CNT/BC导电复合薄膜。^on等人将BC 薄膜浸置在含多壁CNTs和表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基苯磺酸钠)的悬浮水溶液中M小时，得到的多壁CNT/BC导电复合薄膜的导电率分别为1. 4X10-1S/ cm (Electrically conductive bacterial cellulose by incorporation of carbon nanotubes. Biomacromolecules 2006; 7(4): 1280-4.)和 4.2X10_lS/cm(Electrically conductive polymeric membranes by incorporation of carbon nanotubes. Mol Cryst Liq Cryst 2007; 464: 685-90.)。Kim等人将BC薄膜浸置在含单壁COTs和十二烷基苯磺酸钠的悬浮水溶液中3小时，得到的单壁CNT/BC导电复合薄膜的表面电阻为2. SkQ/ sq (Transparent conducting films based on nanofibrous polymeric membranes and single-walled carbon nanotubes. J Appl Polym Sci 2009; 114(5) : 2864—72.)；他们还将BC薄膜浸置在含多壁CNTs或银掺杂多壁CNTs和十六烷基三甲基溴化铵的悬浮水溶液中M小时，得到的多壁CNT/BC导电复合薄膜和银掺杂多壁CNT/BC导电复合薄膜的导电率分别为 2. 5 X 10-3 和 3. 1X10-3 S/cm (Ag-Doped Multiwalled Carbon Nanotube/ Polymer Composite Electrodes. J Nanosci Nanotechnol 2010； 10(5): 3571-5·)。但这些CNT/BC导电复合薄膜的导电性能都较低。纳米石墨微片(GNPs)是一种由天然石墨经化学插层与物理膨胀得到的膨胀石墨经超声波粉碎后获得的直径在微米范围，厚度为纳米尺度的石墨片状纳米颗粒，具有高导电率等优异的物理和机械性能。因而，本专利技术采用GNPs为原料制备具有高导电性能的细菌纤维素导电复合薄膜，在电极材料等领域具有更广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有碳纳米管/细菌纤维素复合薄膜的导电性能较低的问题，提供一种具有较高导电性能的细菌纤维素导电复合薄膜。本专利技术的另一个目的是提供上述细菌纤维素导电复合薄膜的制备方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种细菌纤维素导电复合薄膜的制备方法包括以下步骤①将纳米石墨微片放入分散介质中，形成纳米石墨微片溶液；②对纳米石墨微片溶液进行超声处理，制得均勻分散的纳米石墨微片悬浮液；③在纳米石墨微片悬浮液中加入细菌纤维素湿膜，超声处理；④取出处理后的细菌纤维素湿膜、漂洗去除残余分散介质和游离纳米石墨微片，空气中干燥后制得细菌纤维素导电复合薄膜。所述的纳米石墨微片按以下步骤制成①将可膨胀石墨在900-1200C高温下热冲击15-25秒后得到膨胀石墨；②将制得的膨胀石墨在无水乙醇中高速剪切搅拌20-60分钟后再超声处理10-14小时，过滤、洗涤、在80-120 C下干燥后得到纳米石墨微片。所述细菌纤维素湿膜是由木醋杆菌在静态培养时分泌于表面形成的一层白色纤维凝胶状物质，经碱处理去除残留在膜上的细菌体和培养液后，用无水酒精反复漂洗至中性。所述分散介质为有机溶剂、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的无水乙醇溶液或表面活性剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中的一种。优选的有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、 吡啶、二甲基亚砜、丙酮、正丙醇或乙醇中的一种。由上述方法制备的细菌纤维素导电复合薄膜，其构成组分及其含量为 细菌纤维素薄膜91. 3 99. 96wt%纳米石墨微片0. 04 8. 7wt%。本专利技术的工作原理利用细菌纤维素所具有的由带状纳米纤维组成的独特超精细多孔3D网络结构和高氧密度(羟基)，将细菌纤维素薄膜浸置在纳米石墨微片均勻分散的悬浮液中，超声处理促进纳米石墨微片物理缠绕和化学结合在细菌纤维素薄膜模板上。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为1、与现有技术中采用碳纳米管增强细菌纤维素相比，本专利技术使用纳米石墨微片增强细菌纤维素，纳米石墨微片的来源丰富且价廉，且制备成本远低于碳纳米管，因而具有成本低廉，便于工业化生产的优点。2、与现有技术中采用表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基苯磺酸钠) 对碳纳米管进行表面活化以获得均勻悬浮液相比，本专利技术的制备采用有机溶剂无水乙醇有效均勻分散纳米石墨微片，获得稳定均勻的悬浮液，因而具有无需使用特殊和价贵有毒的表面活性剂，同时简化制备工艺的优点。3、与现有技术中采用碳纳米管这种棒状导电颗粒相比，本专利技术使用的纳米石墨微片的片状二维结构提供了更多导电通路，均勻物理缠绕和化学结合在网状细菌纤维素薄膜上后，得到了比现有技术更高导电性能的复合薄膜，在电极材料等领域更广阔的应用前景。 附图说明图1为本专利技术细菌纤维素导电复合薄膜表面的场发射扫描电镜图(其中aX2k，b X10k)。图2为本专利技术细菌纤维素导电复合薄膜横截面的场发射扫描电镜图。 具体实施例方式下面结合附图、实施例和对比例对本专利技术作进一步详细描述。在以下实施例和对比例中，用导电率值(S/cm)表示薄膜的导电性，这一数值越高， 说明导电性越好。本专利技术中纳米石墨微片和细菌纤维素湿膜的制备方法为现有技术中公知的方法。本专利技术所述的细菌纤维素导电复合薄膜的制备方法包括以下步骤①将可膨胀石墨在900-1200C高温下热冲击15-25秒后得到膨胀石墨；②将制得的膨胀石墨在无水乙醇中高速剪切搅拌20-60分钟后再超声处理10-14小时，过滤、洗涤、在80-120 C下干燥后得到纳米石墨微片本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周天乐，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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