三維(3D)多孔材料因其孔隙率高、比表面積大、形態(tài)和力學(xué)性能可控等特點(diǎn)，在電子工程和生物醫(yī)學(xué)/環(huán)境工程中受到廣泛關(guān)注。在這項(xiàng)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(zhì)3D殼聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)復(fù)合泡沫。該結(jié)構(gòu)是通過整個(gè)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(duì)泡沫進(jìn)行化學(xué)分析，通過場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和交聯(lián)密度測(cè)量對(duì)泡沫形貌進(jìn)行分析。利用自制的微壓頭和動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀對(duì)其進(jìn)行了單調(diào)壓縮、應(yīng)力松弛和頻率掃描測(cè)試，確定了其機(jī)械特性和靜態(tài)及動(dòng)態(tài)粘彈性特性。隨著CS濃度的增加，儲(chǔ)能/損耗模量和交聯(lián)密度增加，而tanδ降低。微觀力學(xué)模型預(yù)測(cè)了它們的粘彈性性質(zhì)，模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。本研究展示了一種制備輕質(zhì)多孔3D CS/GO復(fù)合泡沫材料的簡(jiǎn)單方法，該材料具有生物相容性、導(dǎo)電性和良好的機(jī)械和粘彈性性能。這些泡沫材料在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程和電子設(shè)備方面的應(yīng)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(chǎn)生的CS/GO泡沫。
Fig. 2. (a) CS與GO反應(yīng)生成CS/GO復(fù)合泡沫的反應(yīng)機(jī)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(yīng)變范圍內(nèi)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(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b) CS15/GO1的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
Fig. 5. CS/GO泡沫的靜態(tài)粘彈性性能：(a) CS/GO泡沫在恒應(yīng)變變形30%下的應(yīng)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(yīng)力松弛在初始值的1/e時(shí)，獲得的CS/GO泡沫的弛豫時(shí)間(
τ) 。
Fig. 6. CS/GO泡沫的動(dòng)態(tài)粘彈性性能：在頻率平均應(yīng)變?yōu)?%，應(yīng)變幅值為1%時(shí)CS/GO泡沫的(a)儲(chǔ)能模量(
G′)，(b)損耗模量(
G″)和(c)損耗系數(shù)(tan
δ) 。(d)使用各種CS濃度制備的CS/GO泡沫密度統(tǒng)一的G'和tanδ值。(e)不同CS濃度下CS/GO泡沫的G’與交聯(lián)密度(
vc)的關(guān)系。(f)不同濃度的CS的動(dòng)態(tài)粘彈性(即G'，G''和tanδ)和vc(預(yù)期的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))的相關(guān)性。
相關(guān)研究成果于2019年由韓國(guó)成均館大學(xué)Jonghwan Suhr課題組，發(fā)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
