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纳米复合材料水凝胶是以无机纳米颗粒(NPS)为交联剂形成的水凝胶。其将纳米材料的优异性质与水凝胶本身独特的性能结合起来,形成单一材料所不具备的新的性能,在药物控制释放、催化剂、生物材料等领域具有广泛的应用。作为碳纳米材料家族的新成员,石墨烯因集诸多优异的物理性能于一身,被广泛视为一种革命性的新材料。然而,石墨烯固有的疏水特性以及与高分子间极弱的界面结合能力决定了其并不能简单地直接用于水凝胶制备。使用氧化石墨烯(GO)是规避石墨烯疏水性的有效策略,但是GO对石墨烯的结构和性能破坏严重,尤其导电和导热性能。基于上述考虑,本研究采用将商品化的水溶性引发剂化学接枝到原始石墨烯表面(I-g-G),然后由其原位引发单体自由基聚合制备石墨烯基纳米复合材料水凝胶(GNH)的制备实施方案。具体实施过程中,首先利用重氮盐反应将对氨基苯乙醇化学接枝到原始石墨烯表面(G-OH),为了提高醇羟基的接枝量,在G-OH的基础上合成了G-M-OH,随后通过酯化反应将水溶性引发剂4,4’-偶氮双(氰基戊酸)(ACVA)接枝到G-M-OH上,合成G-ACVA。由于G-ACVA制备过程中接枝反应的可控特性,G-ACVA大部分继承了原始石墨烯固有的结构和性能,当ACVA的接枝量为13.62 wt%时,G-ACVA的电导率为2900 S/m(原始石墨烯为5×104 S/m)。并且G-ACVA具有优良的水溶特性(饱和水分散液浓度达1.9 mg/ml),适用于引发水溶性单体(如N,N-二甲基丙烯酰胺,DMAA)自由基聚合。最后以G-ACVA和ACVA为引发剂,原位引发单体DMAA自由基聚合,合成G-ACVA/PDMAA纳米复合材料水凝胶。研究表明当G-ACVA用量为1.09 wt%,BIS用量为0.075%时,其压缩强度为813 k Pa,拉伸强度为32.1 k Pa,断裂伸长率达到703%。并且石墨烯的加入赋予了水凝胶更好的导电性能,当G-ACVA用量为1.09 wt%时,电导率达到最大值1.58 mS/cm。简而言之,本研究通过发展一种兼具引发剂和交联剂功能的亲水性表面改性I-g-G,并据此实现单体原位自由基聚合制备GNH。这种在分子层级对石墨烯及其复合材料水凝胶进行的材料设计和制备,不仅有望深入发掘石墨烯的潜能,而且可望进一步丰富材料学科基础研究的内容。