[发明专利]杂化导电水凝胶其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种杂化导电水凝胶及其制备方法与应用。本发明杂化导电水凝胶制备方法包括的步骤有：在保护气氛中，将甲基丙烯酸乙酯间氨基苯甲酰脲与苯乙烯磺酸钠单体在引发剂的作用下于溶剂中进行聚合反应；将所述聚苯乙烯磺酸钠溶于烯酸溶液中，加入苯胺单体和氧化剂进行聚合反应。本发明杂化导电水凝胶制备方法通过在聚苯乙烯磺酸钠主链上接枝甲基丙烯酸乙酯间氨基苯甲酰脲作为侧链，然后将所述甲基丙烯酸乙酯间氨基苯甲酰脲所含的间苯胺官能团被聚合至聚苯胺分子链之中，从而原位形成聚苯乙烯磺酸钠/聚苯胺杂化导电水凝胶，并赋予所述杂化水凝胶良好的力学性能、优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于导电水凝胶领域，具体涉及一种杂化导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物水凝胶是指水溶性聚合物在水介质中通过共价键或物理相互作用交联而形成的三维网络状结构，同时将水分子封装在其网络结构中而形成的一种软物质材料。一般而言，水凝胶中水含量占材料总重量的百分之六十以上。由于水凝胶具有良好的力学性能、优良的生物相容性、类组织结构性、传统金属、陶瓷等材料所不具备的柔性，因而在组织工程、药物控释、柔性传感器、柔性机器人、智能响应材料等方面有着广泛的应用。虽然聚合物水凝胶具有优异的柔性，但是其作为一种电绝缘性材料，其本身电导率很低，限制了其应用，如难以满足制备超级电容器的需要。

超级电容器作为一种新型的能源存储设备因其具有极高的功率密度，优良的倍率性能以及不断提高的能量密度，吸引了越来越多国内外研究学者的广泛关注，有望成为下一代清洁能源的存储设备之一。根据在充放电过程中是否有氧化还原反应的发生可分为双电层电容和赝电容电容器。相对传统双电容电容器而言，充放电过程中氧化还原反应的引入能够使电容器储存并释放更多的电荷，因此使得比容量的大幅提高。此外，一般电荷存储在超级电容器电极活性物质的表面，因此电极活性物质比表面积的提高也会有利于超级电容器能量密度的提高。作为超级电容器电极材料，不仅需要较高的比表面积，而且要同时具备良好的导电性，以便电荷的有效传输。近年来，许多研究学者利用碳材料、导电聚合物制备超级电容器电极材料，并取得优异的电化学性能。Dong等首利用碳纳米管、导电聚苯胺制备了具有多级结构的纤维电极材料，并将其应用在超级电容器的制备上，结果表明，制备的超级电容器具有良好的电化学性能以及可弯曲性。Wang等利用铜离子配位的有机磺酸盐掺杂并交联聚吡咯制备出基于聚吡咯的超级电容器。此外，为提高超级电容器电极材料的比表面积，石墨烯、二硫化钼等二维材料也被用于电极材料的制备。虽然基于碳材料、导电聚合物的超级电容器的研究已经取得了显著地成果，然而碳材料、导电聚合物本身的脆性是的所制备的超级电容器很难具有可弯曲、可拉伸等性能，极大地限制了其在可穿戴设备中的应用。此外，这些传统材料的脆性也会是的所制备的超级电容器在多次充放电循环过程中发生活性材料从集流体表面脱落现象，因而使得其循环性能下降。因此，如何制备出一种既有如具有良好的力学如柔性等性能和导电性能的材料是本领域一直试图解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种杂化导电水凝胶及其制备方法，以解决现有导电碳材料、聚合物基导电材料力学性能不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种杂化导电水凝胶的制备方法。所述杂化导电水凝胶制备方法包括如下步骤：

在保护气氛中，将甲基丙烯酸乙酯间氨基苯甲酰脲与苯乙烯磺酸钠单体在引发剂的作用下于溶剂中进行聚合反应，后纯化处理，得到接枝有甲基丙烯酸乙酯间氨基苯甲酰脲的聚苯乙烯磺酸钠；

将所述聚苯乙烯磺酸钠溶于烯酸溶液中，加入苯胺单体和氧化剂进行聚合反应，生成聚苯胺/聚苯乙烯磺酸钠基杂化导电水凝胶。

本发明的另一方面，提供了一种杂化导电水凝胶。所述杂化导电水凝胶的分子结构通式如下：

其中，m＝1-100，n＝100-100000，所述为苯胺的重复单元。