摘要
导电聚合物是一类具有非定域P-π冗共轭电子体系的功能高分子材料。在所有的导电聚合物中，由于制备聚苯胺的原料易得并且合成工艺简单，所以它是最流行和容易深入研究的一种导电聚合物材料。聚苯胺凭借其高稳定性和独特的性能，也是最有望大规模商业化的导电聚合物材料。水凝胶是一种柔性和具有优异力学性能的三维(3D)材料。聚苯胺导电水凝胶集合了两者的优点，在超级电容器和传感器领域有广泛应用。因此本文合成了聚苯胺/聚丙烯酰胺(PANI/PAAm)导电水凝胶和聚苯胺.明胶/聚乙烯醇(PANI-Gel/PVA)导电双网络水凝胶，并探究其电容性与压力敏感性能。从而提出了一种在超级电容器和压力传感器领域都有巨大研究前景的柔性聚苯胺基导电水凝胶。本文主要研究内容如下: (1)首先采用电化学法制备了应用于水凝胶电容器的聚苯胺电极片。主要改变制备电极片时苯胺和掺杂酸的浓度来合成不同的电极片，之后采用电化学工作站对电极片进行循环伏安测试、恒电流充放电测试和阻抗测试，最后发现了具有最佳电化学性能的电极片合成实验参数，分别为含有5g苯胺的200mL1mol/L盐酸溶液和含有2.6g苯胺的200mL0.8mol/L对甲苯磺酸溶液。 (2)采用原位聚合法制备了PANI/PAAm导电水凝胶，并探究了掺杂酸与苯胺单体的浓度比对水凝胶内部复合的聚苯胺性能的影响，通过实验测试数据发现只有在当盐酸与苯胺浓度比为20∶3、对甲苯磺酸与苯胺浓度比为7∶10时才能稳定得到纳米纤维结构的聚苯胺，此时PANI/PAAm导电水凝胶与聚苯胺电极片组装成电容器的性能都是最佳的，其比电容可以达到635mF/cm2、1022mF/cm2。而且，将PANI/PAAm导电水凝胶与电化学工作站连用，组装成传感器，发现水凝胶可以感知身体运动的细微变化。 (3)PANI-Gel/PVA导电双网络水凝胶是一种多功能导电水凝胶。相比于单网络水凝胶，双网络水凝胶存在多重交联三维网络结构，起到对水凝胶增强的作用。当水凝胶受到外力作用时，内部多重凝胶网络结构损坏时会耗散能量，从而进一步提高水凝胶强度。此外，水凝胶内部多孔结构可以给聚苯胺分子在水凝胶内部的生长提供空间，纤维状的聚苯胺具备电容和电化学传感功能，因此聚苯胺的加入可以赋予水凝胶优异的电化学性能。并且采用盐酸与苯胺浓度比为20∶3和对甲苯磺酸与苯胺浓度比为7∶10来制备聚苯胺与双网络水凝胶复合。在这两种实验参数下，不加聚苯胺电极片的水凝胶性能都是最佳的，其比电容可以达到311mF/cm2、485mF/cm2。而且，将PANI-Gel/PVA导电双网络水凝胶与电化学工作站连用，组装成传感器，发现对甲苯磺酸掺杂聚苯胺与水凝胶复合组成的传感器压力敏感性能最好。
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