[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211265043.3
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115477767A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉正英;張港鴻;吳校天;楊偉;楊鳴波
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/56;C08F222/38;C08G73/02;H01G11/48;H01G11/86;C08L79/02;C08L33/26
• 代理公司: 成都天煒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51377
• 代理人: 劉文娟

本發(fā)明屬于柔性電子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種導(dǎo)電聚合物水凝膠及其制備和應(yīng)用。本發(fā)明提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠的制備方法：在以基體水凝膠、反應(yīng)單體和引發(fā)劑為原料制備導(dǎo)電聚合物水凝膠的過程中，對基體水凝膠進(jìn)行預(yù)拉伸，使得反應(yīng)單體在處于拉伸狀態(tài)下的基體水凝膠中進(jìn)行聚合反應(yīng)；反應(yīng)完成后釋放預(yù)拉伸，然后洗滌得到導(dǎo)電聚合物水凝膠；反應(yīng)單體為能夠通過聚合反應(yīng)形成導(dǎo)電聚合物的單體。本發(fā)明在導(dǎo)電聚合物單體的原位聚合過程中對基體水凝膠采用拉伸的方式，在不添加多余助劑和工藝的情況下，可使導(dǎo)電水凝膠具有致密和連續(xù)的導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)。所得導(dǎo)電水凝膠具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，組裝而成的固態(tài)超級電容器具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和拉伸穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性電子材料技術(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和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著電子傳感器、柔性機(jī)器人和可穿戴電子設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)高應(yīng)變、高能量密度的可拉伸超級電容器以滿足新領(lǐng)域的應(yīng)用要求已經(jīng)成為科學(xué)家們的重要目標(biāo)。因?yàn)榻Y(jié)合了水凝膠和導(dǎo)電聚合物的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)電聚合物基水凝膠在可拉伸超級電容器這一領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。

然而，在制備導(dǎo)電水凝膠的過程中，由于導(dǎo)電聚合物(聚苯胺、聚吡咯)聚合過快，在引發(fā)劑完全擴(kuò)散到凝膠內(nèi)部或中心位置之前，水凝膠表面就已經(jīng)產(chǎn)生了導(dǎo)電聚合物，這導(dǎo)致了導(dǎo)電組分在水凝膠內(nèi)的不均勻分布，從而降低了導(dǎo)電水凝膠的電化學(xué)性能。此外，導(dǎo)電水凝膠電極被拉伸時(shí)，水凝膠基體中的凝膠網(wǎng)絡(luò)或聚合物分子鏈會(huì)被拉長發(fā)生顯著形變，附著在水凝膠網(wǎng)絡(luò)上的導(dǎo)電聚合物若不能發(fā)生同等變形，則導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可能被破壞，內(nèi)阻增大，電極的拉伸穩(wěn)定性較差。

因此，為了提高電容器的電化學(xué)性能和拉伸穩(wěn)定性，有必要構(gòu)建致密連續(xù)且可隨凝膠網(wǎng)絡(luò)同時(shí)變形的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種導(dǎo)電聚合物水凝膠的制備方法，在導(dǎo)電聚合物單體的原位聚合過程中對基體水凝膠采用機(jī)械拉伸的方式，在不添加多余助劑和工藝的情況下，可使導(dǎo)電水凝膠具有致密和連續(xù)的導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)。所得的柔性導(dǎo)電水凝膠具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，組裝而成的固態(tài)超級電容器具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和拉伸穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電聚合物水凝膠的制備方法，所述制備方法為：在以基體水凝膠、反應(yīng)單體和引發(fā)劑為原料制備導(dǎo)電聚合物水凝膠的過程中，對基體水凝膠進(jìn)行預(yù)拉伸，使得反應(yīng)單體在處于拉伸狀態(tài)下的基體水凝膠中進(jìn)行聚合反應(yīng)；聚合反應(yīng)完成后釋放預(yù)拉伸，然后洗滌得到導(dǎo)電聚合物水凝膠；其中，所述反應(yīng)單體為能夠通過聚合反應(yīng)形成導(dǎo)電聚合物的單體。上述制備過程中，由于預(yù)拉伸的基體水凝膠暴露在單體中的表面積增加，引發(fā)劑的擴(kuò)散路徑變短，有利于凝膠內(nèi)部單體的聚合，增加了凝膠內(nèi)部導(dǎo)電聚合物單體的載量；而在釋放預(yù)拉伸的過程，凝膠內(nèi)部的導(dǎo)電聚合物進(jìn)行了再次堆積，使得凝膠的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加完善。

進(jìn)一步，所述基體水凝膠選自：聚丙烯酰胺水凝膠、聚乙烯醇水凝膠或聚丙烯酸水凝膠中的一種。優(yōu)選的，基體水凝膠為聚丙烯酰胺水凝膠。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)單體選自：苯胺或吡咯。

進(jìn)一步，所述引發(fā)劑選自：過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉或重鉻酸鉀中的一種。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)單體和引發(fā)劑的摩爾比為：1:0.5～4。

進(jìn)一步，所述對基體水凝膠施加外力進(jìn)行預(yù)拉伸的過程中，控制拉伸比≤1000％。拉伸比＝(拉伸后的試樣長度-試樣初始長度)/試樣初始長度*100％。

優(yōu)選的，所述拉伸比為100％～600％。

進(jìn)一步，所述聚合反應(yīng)的溫度為2～10℃。