海藻酸鈉/氧化石墨烯復合水凝膠的制備與性能

李 亮，喻航達，邱唯楚，申小松，喻湘華

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205

高分子水凝膠是由聚合物和溶劑組成的網狀結構系統，可吸收并保留大量水分子［1］。宏觀上，水凝膠是具有確定形狀、能保持相對固有形態的固體；微觀上，水凝膠又具有溶液的性質，允許水分子、離子等在其間運動［2］。水凝膠因其特殊的性能在醫藥、環保等領域有巨大的需求和廣泛的應用［3-4］。海藻酸鈉［5］（sodium alginate，SA）是從褐藻中提取得到的天然多糖，在紡織印染、食品工業、醫藥領域有廣泛的應用［6-9］。SA 可與 Ca2+、Zn2+、Fe3+等多價離子螯合交聯形成水凝膠［10］；但形成的SA水凝膠力學強度較差，結構不均一，難以形成三維結構和具有較高的機械強度，這是因為多價離子形成的SA凝膠在水體系中會與一價離子發生離子交換，導致SA水凝膠性能下降［11］。SA水凝膠的力學性能已成為其在許多領域中應用的瓶頸問題。

石墨烯是由sp2雜化的碳原子構成的單層碳，厚度僅為一個碳原子的直徑。碳原子之間以σ鍵和π鍵相連［12］。石墨烯獨特的結構使石墨烯材料具有優良的力學性能和電學性能［13-14］。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）是富含含氧基團的石墨烯衍生物之一［15］。相比于石墨烯，GO富含的含氧基團使其在水或其它溶劑中具有較好的分散性。GO可以與多種材料復合形成具有三維結構的空間網絡［16］。

筆者在金屬陽離子交聯SA形成水凝膠的過程中引入GO，一步制備海藻酸鈉/氧化石墨烯（sodium alginate/graphene oxide，SA/GO）水凝膠，結果表明隨著凝膠中GO的質量濃度的增加，復合水凝膠的平衡溶脹性能逐漸降低，但力學性能逐漸提高。……