【摘要】：最近幾年,石墨烯材料(單層/少層石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯)的抗菌活性的研究引起了國內(nèi)外科研工作者的廣泛關注,石墨烯材料不僅作為一種潛在的抗菌劑,而且作為組織工程支架涂層材料,具有抗菌活性的石墨烯都存在巨大的應用潛力。低維化學修飾的石墨烯片(L-CMG)具有獨特的結構及物理化學和生物學性質(zhì),而且易于復合形成復合物。以粉末(涂層)、自支撐紙/膜及三維多孔結構形式存在。尤其是以L-CMG為模塊構筑三維宏觀材料,可以同時擁有可操控性和多功能的優(yōu)勢,在多種領域顯示出巨大的應用前景。銀納米粒子是傳統(tǒng)的抗菌劑,將L-CMG和銀復合,石墨烯材料為銀納米粒子提供了柔性基底,并確保Ag能夠在液相中均勻分散,有助于提高Ag納米粒子的分布和利用率,并增大了納米顆粒與細菌的接觸面積,從而提高Ag納米粒子與細菌的接觸幾率,實現(xiàn)協(xié)同抗菌的作用。碳纖維作為復合材料常用的增韌纖維,具有高強度、高模量、低密度、耐腐蝕、導電性、傳熱性、比重輕及生物相容性好等優(yōu)點,已在航空、航天、核工業(yè)等行業(yè)有廣泛應用。碳纖維復合功能紙也在電極材料等材料化學領域有著廣闊應用。采用改進的Hummers方法,結合滴涂和階梯熱處理方法,我們以L-CMG為模塊制備了氧化石墨烯紙(GOP)和還原氧化石墨烯紙(rGOP),材料具有柔性、導電、抗菌和哺乳細胞相容的性質(zhì)。但是由于在較低的溫度下完成的熱還原,因此石墨烯紙質(zhì)材料的結晶程度較低,即使片層排列整齊,抗拉強度仍然較低。為此,本論文在保持原制備方法優(yōu)勢的前提下,提出以短切纖維為增強相,以期提高石墨烯紙的強度;此外,將研究復合Ag納米粒子,目的是一方面驗證所制備的石墨烯紙的抗菌活性,另一方面作為載體,通過擔載Ag納米粒子,實現(xiàn)制備含金屬納米顆粒的抗菌紙。具體的,本論文從以下幾個方面開展了研究:1、首先制取不同濃度的GO膠體,采用滴涂法,在基底上滴涂GO膠體,置于真空環(huán)境下干燥成膜,制得GOP;2、具有不同粗糙度的rGOP的合成與抗菌活性表征。針對上述的氧化石墨烯材料及成膜方法,采用不同成膜基底,改變成膜基底表面的粗糙度,通過階梯熱還原法獲得不同表面形貌的rGOP;3、采用GO膠體,與銀納米粒子、短切碳纖維復合,GO負載銀納米粒子的同時,作為銀納米粒子的水相膠體分散劑。采用上述方法制備出了具有高力學強度的石墨烯紙。配合紫外吸收光譜吸光度的表征,半定量比較不同硝酸銀用量時,銀納米粒子在GO納米片的負載量;并研究不同碳纖維摻加量對銀納米粒子尺寸和復合紙強度、疏水性、電阻值及抗菌活性的影響規(guī)律。以GO膠體溶液為基體,實現(xiàn)了Ag納米粒子、碳纖維的有效復合,獲得了一種柔性、高強度的石墨烯基抗菌紙,易加工,制備工藝簡單;探討了L-CMG組裝的石墨烯紙的抗菌活性,為進一步揭示材料的抗菌機理、規(guī)模化制備及拓寬材料的應用范圍奠定了堅實的基礎。
[Abstract]:In recent years, the antibacterial activity of graphene materials (monolayer/oligolayer graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide) has attracted wide attention of researchers at home and abroad. Graphene materials not only as a potential antibacterial agent, but also as a tissue engineering scaffold coating material, graphene with antibacterial activity exists. Low-dimensional chemically modified graphene (L-CMG) sheets have unique structural, physicochemical and biological properties, and are easy to compound into complexes. They exist in the form of powders (coatings), self-supporting papers/membranes and three-dimensional porous structures. Especially when L-CMG is used as a module to construct three-dimensional macroscopic materials, they can be manipulated simultaneously. Silver nanoparticles are traditional antimicrobial agents. Composite of L-CMG and silver, graphene materials provide a flexible substrate for silver nanoparticles, and ensure the uniform dispersion of Ag in the liquid phase. It is helpful to improve the distribution and utilization of Ag nanoparticles and increase the size of nanoparticles. Carbon fiber, as a toughening fiber commonly used in composite materials, has the advantages of high strength, high modulus, low density, corrosion resistance, conductivity, heat transfer, light weight and good biocompatibility. It has been used in aviation, aerospace, nuclear industry and so on. Carbon fiber composite functional paper (CFRP) has been widely used in many fields, such as electrode materials and other material chemistry. Using improved Hummers method, combined with drip coating and step heat treatment, we have prepared graphene oxide paper (GOP) and reduced graphene oxide paper (rGOP) by using L-CMG as modules. The material has flexibility, conductivity, antibacterial and lactation properties. However, due to the thermal reduction at a lower temperature, the crystallinity of graphene paper materials is lower, even if the lamellae are arranged neatly, the tensile strength is still lower. Therefore, this paper proposes to use short-cut fibers as reinforcement phase to improve the strength of graphene paper on the premise of maintaining the advantages of the original preparation method. In addition, we will study the composite Ag nanoparticles, the purpose is to verify the antibacterial activity of the prepared graphene paper on the one hand, on the other hand, as a carrier, through carrying Ag nanoparticles, to prepare antibacterial paper containing metal nanoparticles. GOP was prepared by dropping GO colloid on the substrate and drying in vacuum to form films. 2. synthesis and characterization of antibacterial activity of rGOP with different roughness. In view of the above graphene oxide materials and film-forming methods, different film-forming substrates were used to change the surface roughness of the film-forming substrates, and different surfaces were obtained by step thermal reduction method. Surface morphology of rGOP; 3, GO colloid, silver nanoparticles, chopped carbon fiber composite, GO loaded silver nanoparticles at the same time, as silver nanoparticles aqueous colloid dispersant. The above method was used to prepare graphene paper with high mechanical strength. The effect of different carbon fiber content on the size of silver nanoparticles and the strength, hydrophobicity, resistance and antibacterial activity of composite paper were studied. The antibacterial activity of L-CMG-assembled graphene paper was discussed, which laid a solid foundation for further revealing the antibacterial mechanism, large-scale preparation and widening the application range of the material.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TS761

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本文編號：2216747