一种自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜的制备方法与流程

本发明涉及一种智能材料制备技术领域，具体涉及一种自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜的制备方法。

背景技术：

近年来，随着人工智能的不断发展，智能材料的研究也日趋火热。部分智能材料已经实现了能够随着环境中酸碱度、温度、光照强度等的不同变化，其形状或颜色也随着发生变化，这些材料在高灵敏度传感器中具有广泛的应用。

不同的智能材料能够将环境的刺激转变为材料形状或颜色的变化，现在已经有部分研究证实通过改变一定的条件，能够使薄膜等材料发生智能弯曲。目前大部分的智能材料都是使用两种不同性质的材料，如有机材料、无机材料之间或其不同种类之间相互配合使用，尤其是将其制备成层状结构、夹心结构、包覆结构等实现目标功能。

相对于石墨烯而言，氧化石墨烯含有丰富的含氧基团，如羟基、羧基、环氧基等亲水性基团，而经过研究可知，在氧化石墨烯层间普遍存在三种结构的水，分别是层间水、网格间水和结合水，这些水的存在使得氧化石墨烯成为一种优异的水汽敏感材料。如闫立峰等人使用不同氧含量的氧化石墨烯制作出透明的氧化石墨烯薄膜，这种氧化石墨烯薄膜的厚度与电阻随着水含量的不同发生明显的变化，尤其是当氧化石墨烯薄膜厚度为100nm时，其电阻随湿度呈线性变化。韩国仁川大学研究人员提出，利用大尺寸氧化石墨烯制备的传感器，能够在0.5mm的距离上感测手指尖的水分，灵敏度为17.4，并且可以依据指尖水分的分布来确定指尖的位置。2013年，曲良体等人将石墨烯和氧化石墨烯纤维编制成网状结构，随着周围环境水分含量的增大时，编制网也随之发生整体的形状变化，此外，若将该水汽响应纤维网放置在狭缝中，通过改变水汽含量的不同，还可以实现类似爬行器的功能。

总体来说，研究出合适的智能材料应用于合适的目标场所具有极大的市场需求和实际意义。而目前的研究中，大部分的材料都存在制备方法复杂，制备的材料性能不稳定，成本较高、性能还有待增强等问题。为此，本发明的目的是提供一种能够自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，该氧化石墨烯复合薄膜的制备方法简单，容易生产，且这种复合薄膜的弯曲性能稳定，具有很好的重复性和再现性，相对于其他的材料而言，具有明显的进步意义。

技术实现要素：

由于现有的智能材料，普遍存在制备方法复杂，制备的材料性能不稳定，成本较高、性能还有待增强等问题。为此，本发明的目的是提供一种能够自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，该氧化石墨烯复合薄膜的制备方法简单，容易生产，且这种复合薄膜的弯曲性能稳定，具有很好的重复性和再现性。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

首先，从南京牧科纳米科技有限公司购买小尺寸氧化石墨烯纳米片，作为原料一；

其次，取煅烧后的绢云母，对其经过一系列处理后，得到薄层状云母片，作为原料二；

再次，将原料一和原料二分别使用乙醇进行分散，得到分散液一和分散液二；

最后，将分散液一和分散液二进行超声混合，对混合均匀的溶液进行负压抽滤，将抽滤后的得到的薄膜从滤纸分离，将其置于内置有旋转台的红外烘箱中进行烘干，这可以保证复合薄膜受热均匀，不会产生内应力，烘干后的薄膜即具有自动弯曲的能力。

进一步地，南京牧科纳米科技有限公司购买小尺寸氧化石墨烯纳米片，货号为101006。

进一步的，对绢云母的煅烧是在900-1100℃下处理5-8h；对其进行的一系列处理包括使用氯化钠和十六烷基三甲基溴化铵进行改性处理，这样可以弱化绢云母层间的作用力。

进一步的，对改性处理后的绢云母还包括使用有机溶剂进行超声振动处理，以促进绢云母纳米片的剥离生成。

进一步的，原料一和原料二的浓度可以相同也可以不同，优选的，二者的浓度不同，且原料一的浓度远大于原料二的浓度，这样得到的复合薄膜的弯曲性能更加优异。

进一步的，原料一和原料二混合时体积可以相同也可以不同，优选的，二者的体积不同，且原料一的体积大于原料二的体积。

进一步的，抽滤得到的氧化石墨烯复合薄膜的厚度为20-40μm，将其裁剪为长方形有利于后续的实验。

进一步的，将得到的氧化石墨烯复合薄膜放置在不同水含量的环境中，可以明显观察到其形状会发生变化，尤其是发生明显弯曲，这是由于氧化石墨烯的亲水性，使薄膜越靠近水汽的位置产生了较大的作用力，迫使薄膜发生弯曲形变。令人惊奇的是，这种形变是可逆的，并且这种薄膜能够稳定的实现这种弯曲变形，具有很好的重复性。

本发明的有益效果是：

本发明通过科学合理的材料方案设计，使用低成本的常规材料，采用实验室中常用的抽滤手段，将小片氧化石墨烯和绢云母纳米片进行混合抽滤，得到了一种能够自动弯曲的氧化石墨烯复合薄膜，这种氧化石墨烯复合薄膜能够可逆的稳定实现弯曲变形。

附图说明

图1a为本发明制备的氧化石墨烯复合薄膜，b为该薄膜的断面扫描照片；

图2c、d为本发明制备的氧化石墨烯复合薄膜在水汽环境中，不同时间下该薄膜的完全照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

绢云母纳米片的制备方法如下，首先，取适量绢云母于900℃下煅烧5h，升温速率为20℃/min，然后再使用盐酸处理煅烧后的绢云母，之后将其使用去离子水洗涤至中性，并用氯化钠溶液进行钠化反应，待钠化反应结束后，取出产物再使用十六烷基三甲基溴化铵进行有机插层改性，最后，将改性后的产物在有机溶剂中振动超声处理一段时间，便可以得到需要的绢云母纳米片。

实施例1

将小尺寸氧化石墨烯纳米片浓度调整为3mg/ml，配制前述制备好的绢云母纳米片浓度为3mg/ml；使用相同体积的小尺寸氧化石墨烯纳米片溶液和绢云母纳米片溶液，二者超声混合均匀后，在负压抽滤下得到厚度为30μm的氧化石墨烯复合薄膜，将其置于内置有旋转台的红外烘箱中进行烘干，时间为10min；烘干后将圆形的薄膜裁剪为长方形。

实施例2

将小尺寸氧化石墨烯纳米片浓度调整为3mg/ml，配制前述制备好的绢云母纳米片浓度为0.5mg/ml；使用相同体积的小尺寸氧化石墨烯纳米片溶液和绢云母纳米片溶液，二者超声混合均匀后，在负压抽滤下得到厚度为20μm的氧化石墨烯复合薄膜，将其置于内置有旋转台的红外烘箱中进行烘干，时间为10min；烘干后将圆形的薄膜裁剪为长方形。

实施例3

将小尺寸氧化石墨烯纳米片浓度调整为3mg/ml，配制前述制备好的绢云母纳米片浓度为0.5mg/ml；使用的小尺寸氧化石墨烯纳米片溶液和绢云母纳米片溶液体积比为1:0.5，二者超声混合均匀后，在负压抽滤下得到厚度为20μm的氧化石墨烯复合薄膜，将其置于内置有旋转台的红外烘箱中进行烘干，时间为10min；烘干后将圆形的薄膜裁剪为长方形。

实施例4

将小尺寸氧化石墨烯纳米片浓度调整为3mg/ml，配制前述制备好的绢云母纳米片浓度为0.5mg/ml；使用的小尺寸氧化石墨烯纳米片溶液和绢云母纳米片溶液体积比为1:0.3，二者超声混合均匀后，在负压抽滤下得到厚度为20μm的氧化石墨烯复合薄膜，将其置于内置有旋转台的红外烘箱中进行烘干，时间为10min；烘干后将圆形的薄膜裁剪为长方形。

对比例1

将小尺寸氧化石墨烯纳米片浓度调整为3mg/ml，配制前述制备好的绢云母纳米片浓度为0.5mg/ml；使用相同体积的小尺寸氧化石墨烯纳米片溶液和绢云母纳米片溶液，二者超声混合均匀后，在负压抽滤下得到厚度为20μm的氧化石墨烯复合薄膜，直接使用烘箱进行烘干，时间为10min；烘干后将圆形的薄膜裁剪为长方形。从实验结果来看，该薄膜的性能较差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。