一种氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种促进氧化石墨烯(G0)液晶相形成的方法及应用，具体地说是涉及一种氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的制备方法及应用，属于氧化石墨烯(G0)液晶制备技术领域。
【背景技术】
[0002]石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子排列成的二维结构，其独特的二维周期蜂窝状点阵结构和结构单元中稳定的碳六元环的存在，赋予其优异的力学性能、热性能、光学性能及电学性能，被誉为世界上最坚硬、导电性能最好的材料，加上其优异的储能性能和大的比表面积，石墨烯应用范围十分广阔。氧化石墨烯(G0)作为石墨烯的重要衍生物，一般是通过化学氧化石墨得到的。
[0003]近年来，有关氧化石墨稀(G0)液晶及其应用，备受关注。例如:G0液晶可以通过电场诱导排序实现光电转换，也可以通过湿法纺丝拉制出高强度纤维，作为模版制备各向异性纳米材料，因此，对氧化石墨烯(G0)液晶相的制备和研究意义重大。G0的液晶临界浓度跟其长径比有很大关系，目前G0液晶相的获得主要是通过提高G0的长径比，实现在较低的浓度获得G0的液晶相，但是其制备工艺复杂，成本高，对样品的长径比要求极高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的制备方法及应用，该方法通过在氧化石墨烯(G0)溶液中添加海藻酸钠(SA)促进其液晶相的形成，所制得的氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液具有较低的液晶临界浓度。
[0005]本发明所采用的技术解决方案是:
[0006]—种氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的制备方法，包括以下步骤:
[0007](1)将氧化石墨烯加入去离子水中，制得氧化石墨烯溶液；
[0008](2)向步骤⑴制得的氧化石墨烯溶液中加入海藻酸钠，制得氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液。
[0009]进一步的，步骤(1)中，所述氧化石墨稀溶液的浓度为1-lOmg/mL。
[0010]进一步的，步骤(1)中，包括以下具体步骤:先将氧化石墨烯分散于去离子水中进行离心洗涤，收集离心管底部粘稠的浆料，冷冻干燥，再向冷冻干燥后的浆料中加入去离子水稀释，得到氧化石墨稀溶液。离心洗涤时转速为9000r/min，洗涤时间为30min。
[0011]进一步的，步骤(1)中，所述氧化石墨烯是以天然石墨为原料采用包含两步氧化的修正Hummers法来制备，具体如下:在预氧化阶段，先将8.4g K2S20s和8.4g P 205分散在40mL浓H2S04中，随后缓慢加入10g天然石墨粉末，在80 °C下反应4.5h ;冷却到室温后，用去离子水稀释并放置过夜；随后用孔径为0.22 μ m的混合纤维素滤膜抽滤，并用1.5L去离子水洗涤，在冰水浴中将所得产物倒入230mL浓H2S04*并不停地搅拌，直到温度降至0_3°C ；搅拌下缓慢加入60g ΚΜη04，并保持温度在10°C以下，得到混合液；随后将混合液加热到35°C搅拌2h，用0.5L去离子水洗涤后再搅拌30min ;加入1.5L去离子水和25mL、30%的H202终止反应；静置两天，弃掉上清液；将底部沉淀过滤，并用1M HC1溶液洗涤去除残留金属离子；将产物不断用去离子水洗涤，并离心分离，直到洗液pH值达到6 ;经冷冻干燥两天后，得到GO样品。
[0012]海藻酸钠(SA)为从褐藻或细菌中提取出的一种线性天然多糖物质，其分子量范围在50kDa-500kDa，分子量越低对液晶的促进作用越强。
[0013]进一步的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液中氧化石墨烯与海藻酸钠的质量比为0.5-0.05。并且其比例越小对液晶的促进作用越强。
[0014]进一步的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液中海藻酸钠的浓度为 0.5mg/mL-150mg/mL，氧化石墨稀的浓度为 0.05mg/mL-25mg/mL。
[0015]进一步的，步骤(2)中，所述海藻酸钠分两步加入氧化石墨烯溶液中，以保证海藻酸钠溶液的均匀性，具体如下:先将少部分海藻酸钠加入氧化石墨烯溶液中，在20-70°C的水浴锅中搅拌30min-45min，然后经过30min_45min超声，再将剩余海藻酸钠加入，室温搅拌2-8h。或先将少部分海藻酸钠加入氧化石墨烯溶液中，室温搅拌2-8h，然后再将剩余的海藻酸钠加入，并在20-70°C的水浴锅中搅拌30min。
[0016]进一步的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液在正交偏光显微镜下观察，具有明显的液晶特征，液晶为向列型或胆留型。氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的临界浓度可以利用旋转流变仪和偏光显微镜进行测定。
[0017]上述氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液可应用在纤维纺织、药物制剂、食品加工、组织工程方等众多领域中。
[0018]上述氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液可应用在制备各项异性薄膜、凝胶、纤维等方面。
[0019]本发明的有益技术效果是:
[0020]本发明通过在氧化石墨烯(G0)溶液中添加海藻酸钠(SA)促进其液晶相的形成，所制得的氧化石墨烯/海藻酸钠液晶复合溶液的液晶临界浓度下降到0.lmg/mL，较氧化石墨烯样品的液晶临界浓度2mg/mL有了明显降低，效果显著。本发明不仅可以显著降低G0的临界液晶浓度，而且工艺极为简单，易操作，成本低廉，对环境友好，产品易于获得。本发明有望实现在更低的氧化石墨烯(G0)的浓度下制备高度取向的纤维和薄膜材料等，更有利于石墨稀液晶的应用。
【附图说明】
[0021]图1是浓度为0.25mg/mL的氧化石墨烯(G0)和80mg/mL的海藻酸钠(SA)液晶复合溶液的偏光显微镜图；从图中可以看出复合溶液具有较强的各向异性，并且出现列型液晶所具有的丝状织构。
[0022]图2是浓度为1.25mg/mL的氧化石墨烯(G0)和20mg/mL的海藻酸钠(SA)液晶复合溶液的偏光显微镜图；从图中可以看出复合溶液的各项异性明显增强，具有胆留型液晶所具有的线层织构。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]氧化石墨烯(G0)的制备
[0026]在预氧化阶段，先将8.4g K2S20s和8.4g P 205分散在40mL浓H 2S04中，随后缓慢加入10g天然石墨粉末，在80°C下反应4.5h。冷却到室温后，用去离子水稀释并放置过夜。随后用孔径为0.22 μπι的混合纤维素滤膜抽滤，并用1.5L去离子水洗涤。在冰水浴中将所得产物倒入230mL浓H2S04中并不停地搅拌，直到温度降至0_3°C。搅拌下缓慢加入60gΚΜη04，并保持温度在10°C以下。随后将混合液加热到35°C搅拌2h，用0.5L去离子水洗涤后再搅拌30min。加入1.5L去离子水和25mL、30%的H202终止反应。静置两天，弃掉上清液。将底部沉淀过滤，并用1M HC1溶液洗