[发明专利]一种基于复合氧化剂制备导电聚苯胺水凝胶的方法

说明书

本发明提出了一种基于复合氧化剂制备导电聚苯胺水凝胶的方法，该方法包括如下步骤:将含有PVA的水溶液加热得到PVA水溶液；将3‑胺基苯硼酸盐酸盐与PVA水溶液混合得到初始溶液；将苯胺与初始溶液混合后再与两种氧化剂水溶液混合反应得到导电水凝胶。本发明提供的材料具有良好的机械性能和高电化学活性，可组装形成的全固态超级电容器，具有很好的可拉伸性、储能性能以及循环稳定性。同时，基于本发明的技术，PANI基水凝胶中还可以添加其他电活性好的材料，比如碳材料、纳米金属粒子等，以提高此柔性电极的比电容等性能，扩展其应用范围。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种基于复合氧化剂制备导电聚苯胺水凝胶的方法。

背景技术

聚苯胺(PANI)是一种典型的导电聚合物，因其无毒、原料易得、结构多样、制备简单、环境稳定性好、导电性好等优点，而得到广泛关注和快速发展。PANI具有特殊的光学、电学等性质，尤其是PANI具有掺杂-去掺杂可逆的特点而具备可调节的导电性，使得PANI可应用于传感器材料、电磁屏蔽材料及储能材料等。然而，PANI的主链有大量的苯环和醌环，刚性较大，链与链间π-π堆叠相互作用较强，使得PANI难溶难熔，难以加工，极大地限制了它的实际应用。

近年来，将PANI构建成复合导电水凝胶的方法，可有效的解决PANI的加工性问题。PANI水凝胶材料既保留了PANI共轭高分子链的导电性质，而且兼具水凝胶材料优异的化学-物理性质，包括柔韧性、可拉伸性、离子导电性、可调的电化学活性、大的比表面积、可控的尺寸等，可制备成功能型水凝胶材料，在柔性储能装置领域具有极大的应用潜力，如柔性显示器、移动电话、可穿戴电子设备和柔性的生物传感器等。导电PANI水凝胶主要包含三维骨架和导电活性物质，设计PANI水凝胶作为电极材料，其性能与两个方面相关：(1)水凝胶的交联机理与力学性能；(2)PANI的比电容，一般与其导电性正相关。

依据形成水凝胶时交联方式以及形成凝胶化过程的机理，导电聚合物水凝胶可以分为两种类型：①物理复合型导电聚合物水凝胶；②依靠分子间作用力(一般包括氢键、微晶区、疏水作用、静电相互作用、π-π相互作用等)交联聚合物单体形成的导电水凝胶。对于①型PANI水凝胶，其水凝胶的三维骨架一般是非导电聚合物骨架，材料有聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、PVA、羧甲基纤维素等，用原位聚合或者直接聚合的方式得到，再将导电聚合物的单体溶液或者导电聚合物组分直接分散于制备好的凝胶骨架中。对于②型PANI水凝胶，由于PANI分子链上没有可以相互反应的基团，传统方法制备的PANI水凝胶不具备柔性和可应用的机械强度，需要在PANI链上引入可产生强相互作用的多官能团小分子作为交联剂，如直接用活性材料制备导电水凝胶的有PANI/植酸水凝胶。