本文關(guān)鍵詞：聚乙烯醇復(fù)合材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西北師范大學(xué)》 2014年

聚乙烯醇復(fù)合材料的制備及其性能研究

李佳佳  

【摘要】：聚乙烯醇(PVA)是一種無毒、無腐蝕性且環(huán)境友好的親水性高分子材料，，能在水中溶脹或溶解從而形成分散液或溶液。PVA的親水性源于其結(jié)構(gòu)中的羥基等親水性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)還可以進(jìn)行再反應(yīng)，生成具有新官能團(tuán)的化合物；PVA不同的聚合度和醇解度可以通過反應(yīng)控制，因此，PVA具有性能和品種的多樣性，從而成為材料研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。由于PVA分子是嚴(yán)格的線型結(jié)構(gòu)，并且含有大量的-OH和-H鍵，它們之間通過氫鍵發(fā)生交聯(lián)后能夠形成大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，PVA材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)；此外，PVA因有良好的成膜性、粘結(jié)性和生物親和性等優(yōu)點(diǎn)，而在黏合劑、膜材料、凝膠材料、纖維材料和生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展，單純的PVA材料已不能滿足使用要求，這就要求對(duì)已有的PVA進(jìn)行改性，從而滿足對(duì)材料的性能需求。近年來，利用無機(jī)材料、天然礦物和有機(jī)高分子等對(duì)PVA進(jìn)行復(fù)合改性成為了研究熱點(diǎn)。PVA復(fù)合材料不僅在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面有重要的意義，在生產(chǎn)技術(shù)方面更是有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文利用PVA作為基質(zhì)，通過與氧化石墨烯、坡縷石黏土、鐵氰化鉀復(fù)合得到三種不同的材料，對(duì)前兩種材料進(jìn)行了FT-IR、SEM和XRD表征，同時(shí)測試了復(fù)合膜的熱性能、力學(xué)性能和耐水性能；第三種復(fù)合材料則作為全固態(tài)超級(jí)電容器電解質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了測試。主要內(nèi)容如下： 1.以PVA為基質(zhì)，采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯(GO)，利用超聲分散法和流延成膜法制備了具有層狀結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇/氧化石墨烯（PVA/GO）納米復(fù)合膜。采用FTIR、SEM和XRD對(duì)納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，測試了復(fù)合膜的熱性能、力學(xué)性能和耐水性能。結(jié)果表明，GO片層可以均勻地分散在PVA基體中，GO的加入并沒有影響PVA的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用GO中含氧官能團(tuán)與PVA分子中羥基間強(qiáng)烈的相互作用，提高了復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性、耐水性和力學(xué)性能。 2.采用物理球磨法對(duì)坡縷石礦粉進(jìn)行棒晶聚集體解束，制備了一維納米坡縷石。同時(shí)，以PVA作為基質(zhì)，利用超聲分散法和流延成膜法制備了聚乙烯醇/坡縷石（PVA/PGS）納米復(fù)合膜。采用FTIR、SEM和XRD對(duì)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，測試了復(fù)合膜的熱性能、力學(xué)性能和耐水性能。結(jié)果表明，納米坡縷石可以較均勻地分散在PVA基體中，并且沒有影響PVA的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用納米坡縷石中羥基等含氧官能團(tuán)與PVA分子中羥基間強(qiáng)烈的相互作用，提高了復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性、耐水性和力學(xué)性能。 3.利用PVA、KOH和K3[Fe(CN)6]制備出凝膠聚合物薄膜作為固態(tài)電解質(zhì)，同時(shí)用活性炭作為電極材料組裝成為全固態(tài)超級(jí)電容器。在超級(jí)電容器中，PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝膠聚合物材料作為電解質(zhì)的同時(shí)也起到隔膜的作用。它不僅具有柔韌性和高的離子電導(dǎo)率，而且使超級(jí)電容器具有大的電位窗口。超級(jí)電容器的電化學(xué)性能通過循環(huán)伏安法，恒電流充放電和電化學(xué)阻抗測試技術(shù)進(jìn)行表征。電化學(xué)測試顯示，加入K3[Fe(CN)6]能夠明顯提高電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性，超級(jí)電容器的比電容達(dá)到430.95F g-1；在相同電流密度下同PVA-KOH作為電解質(zhì)的超級(jí)電容器相比，其比電容增加了293.15F g-1，能量密度和功率密度分別達(dá)到57.94Wh kg-1和59.84kW kg-1。此外，PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝膠材料作為電解質(zhì)，經(jīng)過1000次恒電流充/放電循環(huán)測試后，超級(jí)電容器的比電容仍然能夠達(dá)到380F g-1。PVA-KOH-K3[Fe(CN)6]凝膠聚合物可以作為全固態(tài)超級(jí)電容器理想的電解質(zhì)材料。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O632.31
【目錄】：

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6 李素琴;TiO_2-Cu_2O納米復(fù)合膜的制備、性質(zhì)研究及其應(yīng)用[D];華中師范大學(xué);2007年

7 林妹;聚合物/無機(jī)物納米復(fù)合膜的制備及其光學(xué)特性的研究[D];福建師范大學(xué);2008年

8 孫偉曉;離子液體改性PVDF/TiO_2納米復(fù)合膜的制備及表征[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 孫翠霞;豌豆淀粉納米復(fù)合膜的制備及性質(zhì)研究[D];青島農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

10 張宏宇;多金屬氧酸鹽納米復(fù)合膜的制備、表征與光致發(fā)光/變色性質(zhì)研究[D];東北師范大學(xué);2002年

  本文關(guān)鍵詞：聚乙烯醇復(fù)合材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：220661