聚(丙烯酸乙烯吡咯烷酮苯胺碳)复合导电水凝胶的制备及其性能研究.pdfVIP

摘   要  摘 要 环境敏感性水凝胶是一类自身能感知外界环境(如温度、pH 值、电、磁 等) 的微小变化或刺激，并能产生相应的物理和化学性质变化甚至突变的高 分子凝胶。在环境敏感性水凝胶中，最受关注的是 pH 敏感性水凝胶、温度 敏感性水凝胶、温度和 pH 值双重敏感性水凝胶和电响应性水凝胶。本文以 具有温度和 pH 值双重敏感性水凝胶为基体制备一类新型的聚苯胺复合导 电水凝胶。所制得的复合导电水凝胶在电化学电容器、太阳能电池以及燃 料电池等领域有着广泛的应用前景。主要研究结果如下： 1．采用水溶液聚合法，在反应温度为70 ºC，丙烯酸单体的含量为 50 wt.% ，乙烯吡咯烷酮的含量为 1.0 wt.%，石墨的含量为 0.5 wt.%，活性炭的 含量为 3.5 wt.%，交联剂的用量为 0.04 wt.%，引发剂的用量为 0.3 wt.%， 中和度为 60 %时，制备出的聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/活性炭)水凝 胶，在温度为 10 ºC，在 1 M 的盐酸水溶液中的吸水倍率最高达到 85 g/g， -1 此导电水凝胶的电导率高达 13.86 mS/cm 。 2 ．采用水溶液聚合法，在反应温度为65 ºC，丙烯酸单体的含量为45 wt.% ，乙烯吡咯烷酮的含量为 0.9 wt.%，石墨的含量为 1 wt.%，纳米碳纤 维的含量为 6 wt.%，交联剂用量为 0.06 wt.%，引发剂为 0.4 wt.%，中和度 为 55 %时，制备出的聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/纳米碳纤维)水凝胶， 在温度为 15 ºC，在 1.5 M 的盐酸水溶液中的吸水倍率最高达到 110 g/g，此 -1 导电水凝胶的电导率高达 16.52 mS/cm 。 I   摘  要  3 ．以聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/活性炭)水凝胶和聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/纳米碳纤维)水凝胶为基体，分别在含有苯胺单体的 1 M 和 1.5 M 的盐酸液中，使其充分溶胀，在一定浓度的氧化剂的作用下，盐酸 掺杂的苯胺单体在凝胶的三维网络内原位聚合生成电导率分别为 80.94 mS/cm-1 和 98.21 mS/cm-1 的新型聚苯胺高导电复合水凝胶。 4 ．通过FTIR 、XRD 等测试，对聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/活性 炭)水凝胶、聚(丙烯酸钾/ 乙烯吡咯烷酮/石墨/纳米碳纤维)水凝胶及其新型聚 苯胺高导电复合水凝胶，进行了表征，结果表明，经盐酸掺杂的苯胺单体 在凝胶网络中，发生了有效的原位聚合反应，导致复合水凝胶的电导率明 显升高。 5 ．通过循环伏安（CV ）对所得聚苯胺复合水凝胶的电化学特性进行了 测试，结果表明，所得复合材料均具有良好的氧化还原及掺杂和去掺杂的 可逆性。 关键词：水凝胶，温度敏感，pH 值敏感，聚苯胺，导电复合材料 II Abstract Abstract Environment-sensitive hydrogels are a series of polymer hydrogels which are sensitive to the external stimulus such as pH, temperature, electric field and magnetic field and able to produce the changing of the physical and chemical characterization of the compo