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韓國成均館大學--可逆可壓縮羽毛狀輕質殼聚糖/GO復合泡沫材料的研制及其力學和粘彈性性能的研究
三維(3D)多孔材料因其孔隙率高、比表面積大、形態和力學性能可控等特點,在電子工程和生物醫學/環境工程中受到廣泛關注。在這項工作中,采用冷凍干燥的方法,通過改變CS與GO的組成比例,制備了可壓縮的、可逆的、類似羽毛的輕質3D殼聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)復合泡沫。該結構是通過整個泡沫中CS胺基和GO羧酸基之間形成酰胺鍵而獲得的。采用傅里葉變換紅外光譜法對泡沫進行化學分析,通過場發射掃描電鏡和交聯密度測量對泡沫形貌進行分析。利用自制的微壓頭和動態機械分析儀對其進行了單調壓縮、應力松弛和頻率掃描測試,確定了其機械特性和靜態及動態粘彈性特性。隨著CS濃度的增加,儲能/損耗模量和交聯密度增加,而tanδ降低。微觀力學模型預測了它們的粘彈性性質,模擬數據與實驗數據一致。本研究展示了一種制備輕質多孔3D CS/GO復合泡沫材料的簡單方法,該材料具有生物相容性、導電性和良好的機械和粘彈性性能。這些泡沫材料在生物醫學、環境工程和電子設備方面的應用是具有很廣闊的前景。
 
 
Fig. 1. CS/GO泡沫的合成過程示意圖:制備(a) CS溶液和(b) GO懸浮液,(c)制備 CS/GO混合物并冷凍干燥產生的CS/GO泡沫。

 
Fig. 2. (a) CS與GO反應生成CS/GO復合泡沫的反應機理示意圖。(b)原始CS和各種CS濃度(5、8、10、15、20和40μmg/ mL)制備的CS/GO泡沫的FT-IR光譜。
 

Fig. 3. 使用各種CS濃度(5、8、10、15、20和40μmg/ mL)制備的CS/GO泡沫的FE-SEM圖和照片(插圖)。
 

Fig. 4. (a)使用0至80%應變范圍內的各種CS濃度(5、8、10、15、20和40μmg/ mL)制備的CS/GO泡沫的單軸壓縮應力-應變曲線。(b) CS15/GO1的應力-應變曲線。
 

Fig. 5. CS/GO泡沫的靜態粘彈性性能:(a) CS/GO泡沫在恒應變變形30%下的應力-松弛行為。(b) 通過使用廣義Maxwell模型繪制的擬合曲線,確定CS/GO泡沫的平衡模量(E∞)和(c)粘彈性模量(E1, E2, and E3)。(d)應力松弛在初始值的1/e時,獲得的CS/GO泡沫的弛豫時間(τ) 。
 

Fig. 6. CS/GO泡沫的動態粘彈性性能:在頻率平均應變為3%,應變幅值為1%時CS/GO泡沫的(a)儲能模量(G′),(b)損耗模量(G″)和(c)損耗系數(tanδ) 。(d)使用各種CS濃度制備的CS/GO泡沫密度統一的G'和tanδ值。(e)不同CS濃度下CS/GO泡沫的G’與交聯密度(vc)的關系。(f)不同濃度的CS的動態粘彈性(即G',G''和tanδ)和vc(預期的交聯網絡結構)的相關性。
      相關研究成果于2019年由韓國成均館大學Jonghwan Suhr課題組,發表在Carbon (https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.10.019 )上。原文:Development of reversibly compressible feather-like lightweight Chitosan/GO composite foams and their mechanical and viscoelastic properties
 
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