无机复合材料专业 新型石墨烯复合材料的制备及其在生物领域中的应用VIP免费

无机复合材料专业新型石墨烯复合材料的制备及其在生物领域中的应用摘要:随着现代生物化学、生物医学的迅速发展，对应用于生物领域的新型材料提出了越来越高的要求。自从石墨烯材材料被发现以来，由于其具有较大的比表面积，极好的导电性以及良好的生物相容性，在各生物应用领域起到了越来越大的作用。本文基于石墨烯材料，利用其纳米片带负电的性质，分别与两种无机材料复合，并用于蛋白质的分离及葡萄糖的检测研究。主要工作如下：1.通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)修饰的四氧化三铁(Fe3O4)带正电的性质，与带负电的氧化石墨烯(GO)纳米片自组装，合成了具有核壳结构的Fe3O4@GO磁性微球。经过表征，Fe3O4@GO材料既具有较强的饱和磁化强度，又具有较大的比表面积，适用于蛋白质的吸附分离。以牛血清蛋白质为模型，经过吸附分离的实验研究，结果表明该材料对牛血清蛋白具有较大的饱和吸附量，且在磁场存在下分离迅速，其性能优于其它一些磁性复合材料。2.利用镍铝水滑石(Ni-Al-LDHs)剥离成纳米片后片层带正电的性质，使其与石墨烯(graphene)纳米片复合，合成Ni-Al-LDH/Graphene层状纳米片复合材料。由于石墨烯的加入，阻碍了水滑石纳米片的堆叠，增加了水滑石的活性位点，且提高了复合材料的导电性。将该复合材料修饰电极，构筑了葡萄糖传感器，具有优良的电催化性能和检测性能。且与单独Ni-Al-LDHs修饰电极构筑的葡萄糖传感器相比，具有较低检测限的同时，具有较高的灵敏度(是其灵敏度的21.6倍)。关键词：石墨烯，自组装，蛋白质吸附，葡萄糖传感器1.1石墨烯(Graphene)概述人们在1985年发现了富勒烯[1]，1991年发现了碳纳米管[2]后，碳材料在物理、化学，生物等领域发挥了越来越大的作用，这也引起了人们对碳材料的种种猜想与假设。石墨烯（Graphene）作为一种平面薄膜材料，只有一个碳原子厚度，是一种典型的二维材料。微观结构上，石墨烯则是由碳原子以sp2杂化轨道组成的，呈现出六角型的蜂巢晶格。由于这种近乎完美的二维晶体结构，石墨烯一直被认为是不能够单独稳定存在的[3]，所以在相当长的一段时间中，石墨烯一直是人们假设出来的结构。直到2004年，英国Manchester大学的物理学家AndreGeim和KonstantinNovoselov，在实验室中成功的从石墨中剥离出石墨烯片层，二人也因此开创性的实验，共同获得了诺贝尔奖[4]。石墨烯是至今为止，人们所知道的最薄的纳米材料，同时也是最坚硬的纳米材料[5]。由于石墨烯是由单层的石墨纳米片构成的，所以它可以通过弯曲变形，堆积堆叠构成各种维度的碳材料，这也使其成为碳材料的基元。它不仅具有很多特性，比如几乎透明，导热系数高，电阻率极小等特点，它同时也具有所有碳材料的共有性质，因此，人们可以通过研究石墨烯来了解，解释其它一些碳材料的特点与特性[6]。基于石墨烯材料如此多的优点，石墨烯成为了当社会各个研究领域的新宠，掀起了一股石墨烯相关材料的研究热潮。1.1.1石墨烯的性质(1)力学特性研究人员[7]发现，石墨烯样品可以承受的压力为每100纳米距离上大约2.9微牛。据研究测算，如果按这个压力计算，那么如果要使1微米长的石墨烯断裂，必须要施加55牛的力。举一个通俗的例子，人们日常使用的塑料包装袋厚度约为100纳米，那么如果用石墨烯代替塑料生产出同样厚度的包装袋，要想让此袋子破裂，那么需要施加约两万牛的压力，也就是说此石墨烯包装袋能承受约为两吨的物品重量。（2)热学特性科学家Balandin等[8]利用拉曼光谱法研究了石墨烯的热导性能。结果表明，石墨烯的热导率为5300W·mK-1，这一结果远远超过了其它碳材料，碳纳米管的热导率都远低于石墨烯。(3)磁学特性Enoki等[9]发现了石墨烯具有独特的磁学性质，这是由于石墨烯片层的边缘中存在未成对的π电子引起的。(4)电学性质石墨烯片层中由于存在足够多的sp2轨道，使得其具有快速的电子迁移速率[10]，此值甚至超过了15000m2·V-1·S-1，达到了光速的1/300。基于此特点，石墨烯在电化学领域起到了越来越大的作用。(5)化学性质石墨烯材料归根结底是一种碳材料，具有碳材料所有相关的化学性质。除此之外，通过对石墨烯的结构研究，得知石墨烯不仅具有较大的比表面积，更...