聚乙烯醇复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2016-12-20 08:24

  本文关键词：聚乙烯醇复合材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西北师范大学》 2014年

聚乙烯醇复合材料的制备及其性能研究

李佳佳  

【摘要】：聚乙烯醇(PVA)是一种无毒、无腐蚀性且环境友好的亲水性高分子材料，，能在水中溶胀或溶解从而形成分散液或溶液。PVA的亲水性源于其结构中的羟基等亲水性官能团，这些官能团还可以进行再反应，生成具有新官能团的化合物；PVA不同的聚合度和醇解度可以通过反应控制，因此，PVA具有性能和品种的多样性，从而成为材料研究领域的一个热点。由于PVA分子是严格的线型结构，并且含有大量的-OH和-H键，它们之间通过氢键发生交联后能够形成大分子网络结构，因此，PVA材料具有一定的机械强度和稳定的化学性质；此外，PVA因有良好的成膜性、粘结性和生物亲和性等优点，而在黏合剂、膜材料、凝胶材料、纤维材料和生物医学材料等领域具有广泛的应用。 随着材料科学的发展，单纯的PVA材料已不能满足使用要求，这就要求对已有的PVA进行改性，从而满足对材料的性能需求。近年来，利用无机材料、天然矿物和有机高分子等对PVA进行复合改性成为了研究热点。PVA复合材料不仅在基础科学研究方面有重要的意义，在生产技术方面更是有潜在的应用价值。本论文利用PVA作为基质，通过与氧化石墨烯、坡缕石黏土、铁氰化钾复合得到三种不同的材料，对前两种材料进行了FT-IR、SEM和XRD表征，同时测试了复合膜的热性能、力学性能和耐水性能；第三种复合材料则作为全固态超级电容器电解质进行研究，对其电化学性能进行了测试。主要内容如下： 1.以PVA为基质，采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)，利用超声分散法和流延成膜法制备了具有层状结构的聚乙烯醇/氧化石墨烯（PVA/GO）纳米复合膜。采用FTIR、SEM和XRD对纳米复合膜的结构进行了表征，测试了复合膜的热性能、力学性能和耐水性能。结果表明，GO片层可以均匀地分散在PVA基体中，GO的加入并没有影响PVA的晶体结构，同时利用GO中含氧官能团与PVA分子中羟基间强烈的相互作用，提高了复合膜的热稳定性、耐水性和力学性能。 2.采用物理球磨法对坡缕石矿粉进行棒晶聚集体解束，制备了一维纳米坡缕石。同时，以PVA作为基质，利用超声分散法和流延成膜法制备了聚乙烯醇/坡缕石（PVA/PGS）纳米复合膜。采用FTIR、SEM和XRD对复合膜的结构进行了表征，测试了复合膜的热性能、力学性能和耐水性能。结果表明，纳米坡缕石可以较均匀地分散在PVA基体中，并且没有影响PVA的晶体结构，同时利用纳米坡缕石中羟基等含氧官能团与PVA分子中羟基间强烈的相互作用，提高了复合膜的热稳定性、耐水性和力学性能。 3.利用PVA、KOH和K3[Fe(CN)6]制备出凝胶聚合物薄膜作为固态电解质，同时用活性炭作为电极材料组装成为全固态超级电容器。在超级电容器中，PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝胶聚合物材料作为电解质的同时也起到隔膜的作用。它不仅具有柔韧性和高的离子电导率，而且使超级电容器具有大的电位窗口。超级电容器的电化学性能通过循环伏安法，恒电流充放电和电化学阻抗测试技术进行表征。电化学测试显示，加入K3[Fe(CN)6]能够明显提高电解质的离子导电性，超级电容器的比电容达到430.95F g-1；在相同电流密度下同PVA-KOH作为电解质的超级电容器相比，其比电容增加了293.15F g-1，能量密度和功率密度分别达到57.94Wh kg-1和59.84kW kg-1。此外，PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝胶材料作为电解质，经过1000次恒电流充/放电循环测试后，超级电容器的比电容仍然能够达到380F g-1。PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝胶聚合物可以作为全固态超级电容器理想的电解质材料。

【关键词】：
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O632.31
【目录】：

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