[發(fā)明專利]導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備方法、產(chǎn)電器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010781134.7
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN114058060B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏迪;周亞寧;張麗娟;柳絮;鐘夢娟;王楊儉;楊露;李科
• 申請（專利權(quán)）人: 北京石墨烯研究院
• 主分類號(hào): C08J7/12
• 分類號(hào): C08J7/12;C08J3/075;C08L29/04;C08L1/28;H02N3/00
• 代理公司: 北京律智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11438
• 代理人: 司麗琦;于寶慶

本發(fā)明提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備方法、以及應(yīng)用該導(dǎo)電聚合物水凝膠的產(chǎn)電器件，該導(dǎo)電聚合物水凝膠的制備方法包括：將水凝膠前驅(qū)體與短鏈纖維素混合，加熱攪拌后得到混合液；混合液進(jìn)行冷凍?回溫循環(huán)處理，得到水凝膠；及將水凝膠置于鹽溶液中浸泡處理，得到導(dǎo)電聚合物水凝膠。本發(fā)明的方法可制備出具有較高力學(xué)強(qiáng)度和良好電學(xué)性能的導(dǎo)電聚合物水凝膠，且采用該導(dǎo)電聚合物水凝膠制備出的產(chǎn)電器件，具有可調(diào)節(jié)產(chǎn)電量、自發(fā)產(chǎn)生電能、綠色安全等優(yōu)勢，同時(shí)該產(chǎn)電器件體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶，可作為新型高性能產(chǎn)能器件，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備方法、產(chǎn)電器件。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)的到來和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)峻，綠色、清潔能源的開發(fā)和利用成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。將廣泛存在于自然界中的，但無法直接利用的能源(如太陽能、廢熱能、濃差能等)轉(zhuǎn)化為可直接應(yīng)用的電能將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前，太陽能電池和熱電模塊等功能器件被相應(yīng)開發(fā)出來，從自然界中獲取相應(yīng)能量，并轉(zhuǎn)換為電能。然而，這類器件的廣泛使用受限于環(huán)境約束。

相較于其他物質(zhì)，水與水蒸氣更加常見且受環(huán)境約束較少。例如，利用海水與淡水的鹽分差，通過選擇性離子透過膜的滲透作用獲取電能。利用水或鹽水溶液在碳納米管泡沫表面方向性流動(dòng)從而獲得電能。還可以通過從水蒸氣與富含離子液體的高分子膜表面作用獲得電能。但上述方法一般受限于溶液的流動(dòng)，且無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電量調(diào)控，可使用次數(shù)低、時(shí)長短，且所用材料比較昂貴，或者存在水溶液泄露的問題，不適用于大規(guī)模制備與廣泛應(yīng)用。

導(dǎo)電聚合物水凝膠具有交聯(lián)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較大的吸液保液性能和模塑性，可不依靠表面活性劑或模板而鑄成薄膜等任意所需的形狀，適用于制備體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶的新型產(chǎn)能器件。然而，目前導(dǎo)電聚合物水凝膠機(jī)械強(qiáng)度較低，可選用的材料非常有限，因此，迫切需要開發(fā)一種高強(qiáng)度新的材料體系用于構(gòu)建綠色安全、產(chǎn)電量可調(diào)控、使用次數(shù)多、使用時(shí)間長的高性能產(chǎn)電器件。

需注意的是，前述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對本發(fā)明的背景理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺陷，提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備方法、以及應(yīng)用該導(dǎo)電聚合物水凝膠的產(chǎn)電器件，以解決現(xiàn)有產(chǎn)品器件無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電量調(diào)控、成本高或者存在水溶液泄露等問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠的制備方法，包括：將水凝膠前驅(qū)體與短鏈纖維素混合，加熱攪拌后得到混合液；混合液進(jìn)行冷凍-回溫循環(huán)處理，得到水凝膠；及將水凝膠置于鹽溶液中浸泡處理，得到導(dǎo)電聚合物水凝膠。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，水凝膠前驅(qū)體選自聚乙烯醇及其衍生物中的一種或多種，所述衍生物包括殼聚糖-聚乙烯醇、聚丙烯酸-聚乙烯醇、明膠-聚乙烯醇和環(huán)糊精-聚乙烯醇中的一種或多種；短鏈纖維素選自羥丙基纖維素、羥乙基纖維素、羥甲基纖維素、羧甲基纖維素中的一種或多種，短鏈纖維素與水凝膠前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:5～1:10，加熱攪拌的溫度為60℃～90℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，還包括循環(huán)處理前，混合液于室溫下靜置12h～24h。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，循環(huán)處理的次數(shù)為至少2次，每次循環(huán)處理包括：將混合液置于-15℃～-40℃下冷凍10h～24h后再置于室溫下回溫10h～24h。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，鹽溶液選自氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、氫氧化鉀溶液、氯化鎂溶液、氯化銅溶液、硝酸鋅溶液和三氧化二鐵溶液中的一種或多種，鹽溶液的濃度為0.01mol/L～5mol/L，浸泡處理的時(shí)間為10h～24h。

本發(fā)明還提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠，采用上述方法制備得到。