PVA基纳米复合离子凝胶的制备与性能

发布时间：2017-09-10 20:06

  本文关键词：PVA基纳米复合离子凝胶的制备与性能

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【摘要】：离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐,也称为低温熔融盐。将离子液体通过物理或化学方法引入到机械性能良好的聚合物体系,可制成新型的聚合物功能材料---离子凝胶,由于其具有高的电导率、良好的机械性能、较好的热稳定性和优异的安全性,是一种具有良好应用前景的新型电解质材料,如可用于制作新型太阳能电池、锂电池、超级电容器、人工肌肉和电致变色装置。本论文以聚乙烯醇(PVA)为基体,离子液体作为电解质,并通过引入新型无机纳米颗粒---埃洛石纳米管(HNTs),最终制备出高性能的纳米复合离子凝胶电解质。所得结果如下:(1)通过定向凝固方法以及抽真空方法制备了高性能离子液体(ILs)基的高度有序蜂窝状微孔的、聚乙烯醇(PVA)为支架的纳米复合高分子电解质(NCPE)。电化学测试表明,离子液体基纳米复合高分子电解质具有显著的各向异性,并且它的离子电导率在30°C平行于凝固的方向上可以达到5.2×10-3 S/cm,这比在30°C垂直于凝固方向的电导率9.6×10-6S/cm高出了500多倍。更重要的是,通过在材料中添加HN Ts,最终得到的离子液体基纳米复合高分子电解质具有极薄的通道墙壁(60-100 nm),可以表现出高达46.5 MPa的压缩模量,并且动态模量在200°C可以达到107 Pa。(2)通过液晶自组装和机械剪切法制备出有序微结构和纳米结构的离子凝胶,并且对纳米复合离子凝胶的凝胶化、液晶性能、热稳定性能和离子电导率等做了全面的表征。研究表明,纳米复合离子凝胶具有良好的热稳定性能,并且在较宽的温度范围内具有液晶相。高度有序纳米结构可以明显的提高离子电导率,即使HNTs含量达到60 wt%时,室温电导率也可以达到10-3 S/cm。并且通过机械剪切法可以制备出具有高各向异性离子电导率的液晶纳米复合离子凝胶。锂离子电池测试结果表明基于离子凝胶制备的凝胶聚合物电解质具有高容量和循环性能。(3)通过溶液共混法与机械剪切法,制备出具有高力学强度和高电导率的PVA/HNTs/AMIMC l纳米复合离子凝胶,并且对纳米复合离子凝胶的凝胶化、热稳定性能和离子电导率等做了全面的表征。测试研究表明,离子凝胶具有良好的热稳定性能,HNTs的添加能够大幅度地提高离子凝胶的拉伸强度,并且适当的提升离子电导率。经过剪切处理后,可以得到各向异性离子电导率。
【关键词】：离子液体 埃洛石纳米管 离子凝胶 流变学 液晶
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.17;O645.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 离子凝胶的研究现状11-12
• 1.2 埃洛石纳米管简介12-13
• 1.3 本文研究的目的和意义13-15
• 第2章 定向凝固法制备离子液体基纳米复合聚合物电解质15-27
• 2.1 引言15-16
• 2.2 实验部分16-19
• 2.2.1 实验试剂16-17
• 2.2.2 实验仪器17
• 2.2.3 样品的制备与测试方法17-19
• 2.3 结果与讨论19-25
• 2.3.1 PVA/HNTs/BMIMBF4纳米复合聚合物电解质的形貌与结构19-22
• 2.3.2 PVA/HNTs/BMIMBF4纳米复合聚合物电解质的电化学性能和力学性能22-25
• 2.3.3 PVA/HNTs/BMIMBF4纳米复合聚合物电解质的热稳定性能25
• 2.4 本章结论25-27
• 第3章 HNTs/ILs纳米复合离子凝胶电解质的制备及其性能27-43
• 3.1 引言27-28
• 3.2 实验部分28-30
• 3.2.1 实验试剂28
• 3.2.2 实验仪器28-29
• 3.2.3 样品的制备与测试方法29-30
• 3.3 结果与讨论30-42
• 3.3.1 HNTs/ILs离子凝胶的力学性能及流变性能测试30-33
• 3.3.2 HNTs/ILs离子凝胶的液晶性能33-36
• 3.3.3 HNTs/ILs离子凝胶的微观结构36-37
• 3.3.4 HNTs/ILs离子凝胶的电化学性能测试37-40
• 3.3.5 HNTs/ILs离子凝胶的热稳定性能测试40-41
• 3.3.6 PVDF基HNTs/ILs离子凝胶的电化学性能与力学性能41-42
• 3.4 本章结论42-43
• 第4章 PVA/HNTs/AMIMCl纳米复合离子凝胶聚合物电解质的制备与性能43-54
• 4.1 引言43-44
• 4.2 实验部分44-46
• 4.2.1 实验试剂44
• 4.2.2 实验仪器44
• 4.2.3 样品的制备与测试方法44-46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 PVA/HNTs/AMIMC l离子凝胶电解质的流变性能测试46-48
• 4.3.2 PVA/HNTs/AMIMC l离子凝胶电解质的热稳定性能及机械性能测试48-51
• 4.3.3 PVA/HNTs/AMIMC l离子凝胶电解质的电化学性能测试51-53
• 4.4 本章结论53-54
• 全文结论54-55
• 参考文献55-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间取得的科研成果65

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本文编号：826345