[发明专利]一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶、制备方法及其应用。该导电聚合物水凝胶包括可拉伸自愈合水凝胶骨架和导电聚合物填料；所述水凝胶骨架由丙烯酸单体溶液中通过交联剂、助剂和引发剂，共同聚合形成双重交联网络；所述导电聚合物填料为PEDOT:PSS，导电聚合物填充在水凝胶网络中。本申请提供的可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶在提高水凝胶电导率的同时，导电聚合物水凝胶也获得了高拉伸性及自愈合性能。

技术领域

本发明涉及一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶及其制备方法、柔性超级电容器，属于光电材料技术与器件领域。

背景技术

随着柔性电子的不断发展就要求设备能在各种机械变形下传输电信号。传统上，金属材料，如金属纳米线，金属纳米片和金属复合材料，已经被用作柔性或可拉伸导体。通过设计预拉伸结构可以有效地保护器件结构不被损坏，使得其在机械变形下表现出高导电性和器件性能。然而，这种预拉伸方式在较大的机械应变下就会约束其拉伸性能，而且产生的波状结构不利于与可穿戴设备的集成。此外，当穿戴或附着在皮肤上时，也不能实现很好的共形接触，还可能会出现严重的界面分层，而且一般不具有自修复能力或自修复效率很低。因此，开发本征可拉伸自愈合的性能优异的电极材料仍存在很多挑战。

在许多工程材料中，水凝胶由于其独特的组织样机械性能，优异的生物相容性和易于工程化而显示出作为柔性可穿戴电子的理想材料的巨大前景。然而，水凝胶通常缺乏电子传导性，并且仅在生理条件下的离子传导性仅提供有限的电性质。与传统水凝胶不同，导电聚合物水凝胶能够提供电子和离子导电性，并且已广泛用于柔性储能和生物医学等领域。尽管有这种独特的优点，导电聚合物水凝胶仍然面临一些限制，例如拉伸应变低、无法自修复或自修复效率低等问题。为了解决水凝胶和导电聚合物中的问题，已经进行了大量研究从而将导电聚合物引入水凝胶中以赋予良好的电性能的同时，又赋予导电聚合物水凝胶良好的力学拉伸性和自修复性能。

制备性能优异的柔性超级电容器是当前的研究中一项重要的挑战。柔性电极材料是制约柔性超级电容器的最为重要因素。通常来讲，一般采用自制撑的碳纸或者碳布作为柔性的电极材料来制备柔性超级电容器。但是碳基材料，由于受到碳材料存储机理的限制，其存贮的容量仍然不高。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶及其制备方法、柔性超级电容器，本发明制备出的导电聚合物水凝胶不仅具有优良的导电性能和力学拉伸性，而且具有良好的自愈合性能，综合性能优异。该导电聚合物水凝胶的制备方法不需要繁琐的工艺流程，简单易行。同时，本发明提供的可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶制备的柔性超级电容器具有较高的面积比电容及优异的机械稳定性，在未来便携可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种导电聚合物水凝胶，该导电聚合物水凝胶包括可拉伸自愈合水凝胶骨架和导电聚合物填料；所述可拉伸自愈合水凝胶骨架由丙烯酸单体通过交联剂、金属离子盐和引发剂作用，共同聚合形成双重交联网络；所述导电聚合物填料为PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))，所述导电聚合物填充在所述双重交联网络中。所述金属离子盐提供离子配位键，提高导电聚合物水凝胶的自愈合性能；导电聚合物填充在水凝胶网络中，在提高水凝胶电导率的同时，导电聚合物水凝胶也获得了高拉伸性及自愈合性能。

在一实施例中，所述交联剂为3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(DMAPS)、二甲基丙烯酸乙二醇酯、N，N-亚甲基双丙烯酰胺或二氨基二苯基甲烷中的一种或多种。

在一实施例中，所述助剂为三氯化铁、氯化钙或氯化钠中的一种或多种金属离子盐。

在一实施例中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或叔丁基过氧化氢中的一种或多种。

本发明还提供一种导电聚合物水凝胶的制备方法，