[發明專利]具有壓電性能的高分子水凝膠膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 202210363754.8
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114672117B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 楊偉;孟森;楊潔;包睿瑩;劉正英;楊鳴波
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08L27/16;C08K3/04;C08J5/18;C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于高分子復合材料領域，涉及一種具有壓電性能的高分子水凝膠膜及其制備和應用。本發明提供一種具有壓電性能的高分子水凝膠膜，所述高分子水凝膠膜包括外層和內層，所述外層為高分子水凝膠，所述內層為壓電聚合物膜。本發明提供一種新型的具有壓電性能的高分子水凝膠膜，水凝膠高度水合的特性使分子鏈可以更強的捕獲周圍的水分子，影響水其中的氫鍵網絡來活化水；此外由于該水凝膠膜具有壓電性能，利用膜的壓電特性，該膜可連續地將海洋中的波浪能轉化成電能，利用這種電能不僅可以進一步活化已經被水凝膠活化的位于分子鏈周圍的水，同時可以活化水凝膠中遠離分子鏈的未被影響的水，再次降低了水蒸發所需的能量，協同的促進水的蒸發過程。

技術領域

本發明屬于高分子復合材料技術領域，具體涉及一種具有壓電性能的高分子水凝膠膜及其制備和應用。

背景技術

近年來，水資源的缺乏問題越來越顯著，到2030年，人們對淡水的需求量將會達到每年69000億立方。盡管70％的地球表面被水所覆蓋，但是僅2.5％的水是淡水，而且這些淡水中又有87％位于極地冰蓋和高山冰川中，很難被人類所使用。而太陽能是一種清潔的可再生能源，利用太陽能來加熱水產生水蒸氣，對海水進行淡化或者對污水進行處理，可以得到清潔水資源。

太陽能轉換熱能的技術是一種直接獲取太陽能用于儲能和產熱的技術，到目前為止，太陽轉化成熱能的技術在工業、農業以及日常生活中已經發展了數十年。但是由于水的蒸發是一個高能耗的過程，水在自然光照下的蒸發速率受到了限制。降低蒸發過程中的能量需求是一個簡單有效的方式，水凝膠材料具備大量的親水官能團，其可以通過非共價鍵的氫鍵作用結合分子鏈周邊的水分子進而來影響水中的水分子間作用力和氫鍵網絡，降低水的蒸發焓，促進水的蒸發過程。但是水凝膠帶來的活化作用僅局限在高分子分子鏈的周圍，對遠離分子鏈的水分子影響較小，活化整體范圍有限。除此之外，交流電場引起的極化作用和洛倫茲力可以加速水分子的運動進而降低水在蒸發過程中的能壘，基于此來降低水蒸發的能量需求，促進水的蒸發。但是直接將電場加在水中會額外引入復雜的裝置以及巨大的能量，無法滿足當前綠色、可持續發展的理念。

現有技術中尚未有將具有壓電層結構的材料和高分子水凝膠復合應用于促進水的蒸發領域的相關報道。

發明內容

本發明提供一種新型的具有壓電性能的高分子水凝膠膜，水凝膠高度水合的特性使分子鏈可以更強的捕獲周圍的水分子，影響水其中的氫鍵網絡來活化水；此外由于該水凝膠膜具有壓電性能，利用膜的壓電特性，該膜可連續地將海洋中的波浪能轉化成電能，利用這種電能不僅可以進一步活化已經被水凝膠活化的位于分子鏈周圍的水，同時可以活化水凝膠中遠離分子鏈的未被影響的水，再次降低了水蒸發所需的能量，協同的促進水的蒸發過程。即本發明制備了一種具有壓電性能的高分子水凝膠膜，將水凝膠和壓電性能協同用于水活化并促進水的蒸發。

本發明的技術方案：

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種具有壓電性能的高分子水凝膠膜，所述高分子水凝膠膜包括外層和內層，所述外層為高分子水凝膠，所述內層為壓電聚合物膜。

進一步，所述高分子水凝膠包含微米孔結構。

更進一步，所述高分子水凝膠中的孔徑≥6um。

進一步，所述高分子水凝膠用基體材料為親水性高分子材料，具體為：聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺及他們的衍生物中的一種。所述高分子基體之所以選擇親水性高分子，是由于親水性高分子擁有較多親水官能團，與水分子具有較強的水合作用；同時其豐富的官能團可以通過化學或者物理作用形成三維的網絡結構。另外，本發明所使用的高分子水凝膠膜應具有一定的柔性，使其可以在受到波浪沖擊的作用下更好的彎曲。這種彎曲的作用會帶來額外的壓電信號輸出，高的輸出電壓有利于水蒸發的促進作用。