本发明属于材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法。
背景技术：
石墨烯的制备一直是科学界以及工业界的一个热点及难点课题。尽管许多方法已经成功地制备了石墨烯，各种方法都有自己的优势，但也存在着一定的缺点。比如，机械剥离法能制备出结构最完整的石墨烯片层，但是太耗时耗力；化学气相沉积法（CVD）能制备高质量的石墨烯薄膜，但是这种方法对设备要求高，成本较高；液相超声剥离具有操作简单，方便的优点，但是对溶剂的选择依赖性较大。而且这些方法还有一个共同的缺点，就是不能大规模的制备石墨烯。目前最有可能率先对石墨烯进行大规模生产的方法为还原氧化石墨烯纳米片层（GONS）的方法，因此氧化石墨（GO）又重新引起了研究者们的广泛兴趣。
GO是石墨的一种氧化衍生物，由石墨在强酸及强氧化剂中氧化而得。经过氧化之后，石墨的物理化学性能发生了很大程度的改变，大量亲水基团，如，羟基、环氧、羰基、羧基等基团被引入GO中。这些基团使GO层间距变大，同时克服了石墨中范德华力的作用，使GO在水中很容易剥离为单层或少层的GONS。虽然GO由于共轭结构的破坏而不导电，但是经过还原之后能部分恢复原始石墨的导电性。与机械剥离，CVD等方法相比，这种方法具有成本低、产率高的优点，因此，目前对GO的研究主要是集中在以GO为前驱体制备石墨烯上。实际上，GO本身也是一种用途广泛的纳米材料，比如在气体吸收、催化或者阻燃方面的应用。同时，GO剥离之后，GONS也能作为一种优良的纳米填料制备聚合物复合材料。最近，GONS也被报道可以用作分散剂对碳纳米管（CNT）或富勒烯（C60）等在水中进行分散。
目前制备GO主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法等几种方法，研究者们在用这几种方法制备GO时，为了使石墨完全氧化达到完全剥离的目的，而经常采用过量的氧化剂对石墨进行处理。这样虽然能使GONS在水中完全剥离并分散，但是过量的氧化不可避免的会对石墨烯造成结构上的缺陷，比如起皱、裂纹，或者空洞等，这些缺陷将影响GONS的机械强度。虽然这些GONS的杨氏模量仍然能达到250GPa，但是要想在高性能聚合物复合材料等应用中得到更好的性能，就要制备出缺陷更少，本身性能更出色的GONS。另外，高度氧化或者缺陷较多的GONS也不利于制备高质量的石墨烯，因为即使含氧基团能大部分被还原剂除去，结构上的缺陷却会继续留在还原的GONS当中。
综上所述，如果能制备出氧化程度较小且缺陷较少的GO，就能剥离出高质量的GONS，从而提高GONS在实际应用中的性能。事实上，在此前的报道中，一些课题组已经试图通过改变氧化过程中的一些步骤来调节GO的参数，比如，Lee等人用Brodie和Staudenmaier制备GO时改变氧化时间的长短，发现能改变GO中sp3碳与sp2碳的比例；Jeong等人同样通过调节Brodie法制备GO的氧化时间，制备了氧化程度较小的GO。但这些报道中并没有研究GO的剥离行为，也没有对剥离之后的GONS进行表征，同时这些方法制备GO的时间相对较长，不利于实际生产。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法。
一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）在三口烧瓶中加入50ml浓硫酸和0.5g石墨粉，搅拌均匀，在冰水浴中冷却到0°C，随后缓慢加入0.5-1.5g的高锰酸钾，缓慢升温到35°C，反应2小时后，再缓慢升温至70°C，反应半小时，直到高锰酸钾消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反应完成后，倒入大量冰水中，离心沉降，随后用10%的盐酸水溶液洗涤6次，去离子水洗涤三次，离心收集产物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨；
（2）将氧化石墨在10ml去离子水中超声分散1小时，然后在 4000 转/分的转速下离心30分钟，除去未剥离的氧化石墨，得到氧化石墨烯纳米片层水溶液，随后在氧化石墨烯纳米片层水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 搅拌至溶解，然后将均匀的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到质量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨复合材料薄膜。
本发明中，我们用改进的Hummers法制备了低氧化程度的氧化石墨，因为这种方法相对于Brodie法和Staudenmaier法来说效率更高，同时制备过程中不会有有毒气体放出。由于高锰酸钾与石墨较快的反应速度，我们采用的是通过改变氧化剂的用量的手段，来达到使氧化石墨低氧化程度的目的，并使用该低氧化程度的石墨制备了增强聚乙烯醇复合材料，材料的物理性能大大提高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
（1）一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法，步骤如下：在三口烧瓶中加入50ml浓硫酸和0.5g石墨粉，搅拌均匀，在冰水浴中冷却到0°C，随后缓慢加入0.5g的高锰酸钾，缓慢升温到35°C，反应2小时后，再缓慢升温至70°C，反应半小时，直到高锰酸钾消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反应完成后，倒入大量冰水中，离心沉降，随后用10%的盐酸水溶液洗涤6次，去离子水洗涤三次，离心收集产物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。
（2）将氧化石墨在10ml去离子水中超声分散1小时，然后在 4000 转/分的转速下离心30分钟，除去未剥离的氧化石墨，得到氧化石墨烯纳米片层水溶液，随后在氧化石墨烯纳米片层水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 搅拌至溶解，然后将均匀的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到质量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨复合材料薄膜。
实施例2
（1）一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法，步骤如下：在三口烧瓶中加入50ml浓硫酸和0.5g石墨粉，搅拌均匀，在冰水浴中冷却到0°C，随后缓慢加入1.0g的高锰酸钾，缓慢升温到35°C，反应2小时后，再缓慢升温至70°C，反应半小时，直到高锰酸钾消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反应完成后，倒入大量冰水中，离心沉降，随后用10%的盐酸水溶液洗涤6次，去离子水洗涤三次，离心收集产物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。
（2）将氧化石墨在10ml去离子水中超声分散1小时，然后在 4000 转/分的转速下离心30分钟，除去未剥离的氧化石墨，得到氧化石墨烯纳米片层水溶液，随后在氧化石墨烯纳米片层水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 搅拌至溶解，然后将均匀的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到质量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨复合材料薄膜。
实施例3
（1）一种氧化石墨烯纳米片层增强聚乙烯醇复合材料的制备方法，步骤如下：在三口烧瓶中加入50ml浓硫酸和0.5g石墨粉，搅拌均匀，在冰水浴中冷却到0°C，随后缓慢加入1.5g的高锰酸钾，缓慢升温到35°C，反应2小时后，再缓慢升温至70°C，反应半小时，直到高锰酸钾消耗完全，得到低氧化程度的氧化石墨，反应完成后，倒入大量冰水中，离心沉降，随后用10%的盐酸水溶液洗涤6次，去离子水洗涤三次，离心收集产物，最后真空烘箱中60°C烘干，得到低氧化度氧化石墨。
（2）将氧化石墨在10ml去离子水中超声分散1小时，然后在 4000 转/分的转速下离心30分钟，除去未剥离的氧化石墨，得到氧化石墨烯纳米片层水溶液，随后在氧化石墨烯纳米片层水溶液中加入1g 聚乙烯醇，90°C 搅拌至溶解，然后将均匀的混合溶液倒在平坦的基底上，60°C 下烘干直到质量恒定，得到聚乙烯醇/氧化石墨复合材料薄膜。