疏水缔合水凝胶及其电解质在柔性超级电容器中的应用

发布时间：2021-04-19 13:10

　　水凝胶由于其独特的亲水三维网络结构,可以按需改性和功能化的特点已经成为当前生物和材料领域一大研究热点。对水凝胶机械性能的提高和功能化应用是目前学者们研究的重点。目前,水凝胶机械性能的提高方式有很多种,蛋白质增强、纳米材料复合、多重交联机制、分子滑环设计等。近些年,我们课题组自主合成了一种新型的高强度的物理交联的疏水缔合水凝胶（HA-gels）。该水凝胶表现出了良好的机械性能,优异的柔韧性与透光性,及较好的自恢复和二次加工性能。一种典型的HA-gel的制备方式是:将具有亲水性的丙烯酰胺做为主链单体,与具有疏水性的疏水单体在小分子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的作用下（疏水单体与SDS形成胶束结构）通过自由基胶束聚合的方式制备HA-gel。由于疏水单体必须通过表面活性剂SDS的增溶形成胶束来完成制备,这很大程度上限制了HA-gel的发展和应用。本文,采用了一种更为简单方法,将具有一定两亲性的表面活性剂脂肪醇（十二醇）聚氧乙烯醚（AEO-n）改性,使其作为可聚合的疏水单体（AEO-n-AC）从而达到在没有SDS的情况下,制备出一种新型的疏水缔合水凝胶,并对其机械性能,凝胶形成的机理等进行... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 水凝胶的概述
        1.1.1 水凝胶的分类
            1.1.1.1 物理交联水凝胶
            1.1.1.2 化学交联水凝胶
        1.1.2 水凝胶的形成
            1.1.2.1 热驱动水凝胶
            1.1.2.2 分子自组装
            1.1.2.3 自发物理凝胶化
            1.1.2.4 共价键交联
        1.1.3 水凝胶的机械性能研究
            1.1.3.1 天然蛋白质增强
            1.1.3.2 纳米材料复合
            1.1.3.3 多重交联机制
            1.1.3.4 分子滑动设计
            1.1.3.5 疏水缔合作用
        1.1.4 水凝胶的溶胀行为研究
        1.1.5 导电水凝胶
    1.2 柔性超级电容器
        1.2.1 柔性超级电容器的概述
        1.2.2 电极材料的研究现状
            1.2.2.1 碳基电极材料
            1.2.2.2 金属基材料
            1.2.2.3 导电聚合物
        1.2.3 聚合物电解质材料的研究进展
            1.2.3.1 聚合物基固态电解质
            1.2.3.2 水凝胶基电解质
            1.2.3.3 有机凝胶基电解质
            1.2.3.4 聚合物离子液体凝胶电解质
    1.3 本论文的研究目的与实验设计思路
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 实验设计思路
    参考文献
第二章 AEO-n-AC疏水缔合水凝胶的机械性能
    2.1 引言:
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品及仪器
            2.2.1.1 试剂
            2.2.1.2 仪器
        2.2.2 两亲性单体AEO-n-AC的合成
        2.2.3 疏水单体临界胶束浓度CMC的测定
        2.2.4 疏水缔合水凝胶的制备及命名
        2.2.5 复配型疏水缔合水凝胶的制备
        2.2.6 结构表征与测试
            2.2.6.1 红外光谱测试
            2.2.6.2 核磁共振测试
            2.2.6.3 透射电子电镜TEM测试
            2.2.6.4 扫描电子显微镜SEM测试
            2.2.6.5 机械性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 AEO-n与 AEO-n-AC的红外光谱与核磁表征
        2.3.2 AEO-n-AC溶液的临界胶束浓度的表征
        2.3.3 AEO-n-AC胶束得微观形貌
        2.3.4 AEOn-gel的网络结构
        2.3.5 AEO-n-AC的水凝胶的凝胶缔合机理
        2.3.6 AEOn-gel凝胶的机械性能
            2.3.6.1 疏水单体浓度对凝胶拉伸性能的影响
            2.3.6.2 不同疏水单体种类凝胶的拉伸性能比较
            2.3.6.3 AEOn-gel凝胶的循环拉伸性能
            2.3.6.4 AEOn-gel凝胶的压缩及循环压缩性能
        2.3.7 复配凝胶的机理推测
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 AEO-n-AC疏水缔合水凝胶的溶胀行为
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
            3.2.1.1 实验试剂
            3.2.1.2 实验仪器
        3.2.2 凝胶样品的制备及命名
        3.2.3 凝胶的溶胀行为测试
        3.2.4 干凝胶的溶胀动力学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 常温下不同种类AEOn-gels的溶胀行为
        3.3.2 40 ℃时不同种类凝胶的溶胀行为
        3.3.3 60 ℃时不同种类凝胶的溶胀行为
        3.3.4 干凝胶的常温溶胀动力学
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 HA-GPE的柔性超级电容器电化学行为
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 疏水缔合水凝胶电解质的制备
        4.2.3 水凝胶电解质样品的表征
        4.2.4 水凝胶电解质机械性能的表征
        4.2.5 柔性超级电容器的组装和电化学性能表征
            4.2.5.1 离子电导率的测试:
            4.2.5.2 活性炭电极的制备:
            4.2.5.3 超级电容器的组装
            4.2.5.4 电化学测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 疏水缔合水凝胶电解质的制备与表征
        4.3.2 HA-GPE的机械性能
        4.3.3 电解质材料的电化学性能
        4.3.4 柔性超级电容器的电化学性能
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 DC-GPE的柔性超级电容器电化学行为
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂与仪器
            5.2.1.1 实验试剂
            5.2.1.2 实验仪器
        5.2.2 双交联水凝胶电解质的制备
        5.2.3 双交联水凝胶电解质样品的表征
        5.2.4 双交联水凝胶机械性能的表征
        5.2.5 电化学性能表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 双交联水凝胶电解质的制备机理
        5.3.2 双交联水凝胶电解质的离子电导率和机械性能
        5.3.3 双交联水凝胶电解质的离子传输机理
        5.3.4 基于双交联电解质的超级电容器的电化学性能
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 结论
作者简介及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器在器件设计以及材料合成的研究进展[J]. 季辰辰,米红宇,杨生春.  科学通报. 2019(01)

博士论文
[1]水凝胶的结构评价与环境敏感性研究[D]. 杨猛.吉林大学 2011
[2]疏水改性聚丙烯酰胺水溶液和水凝胶的制备与性质研究[D]. 姜国庆.吉林大学 2010
[3]新型医用敷料——明胶基抗菌纳米纤维水凝胶的制备及其环境影响研究[D]. 徐雄立.东华大学 2009



本文编号：3147614