聚噻吩(PTh)是一類導(dǎo)電高分子,聚3,4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)是聚噻吩的衍生物之一,具有優(yōu)異的導(dǎo)電性質(zhì)、化學(xué)穩(wěn)定性和光學(xué)性質(zhì),是目前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)電高分子材料。但由于聚噻吩共軛分子鏈的剛性,其力學(xué)性能較差,通常只能作為涂層附著在合適的基底上使用。為了提高PEDOT的力學(xué)性能的同時(shí)不破壞其電化學(xué)性能,我們通過超分子組裝的方法,將剛性的PEDOT和另一種柔性高分子在分子水平上進(jìn)行組裝,得到了兩種同時(shí)具有高強(qiáng)度和高電化學(xué)活性的柔性PEDOT復(fù)合材料,分別是具有優(yōu)良電容性質(zhì)的PEDOT-PVA(聚乙烯醇)水凝膠和具有濕度響應(yīng)性的PEDOT/PAA-AMPS(聚丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基并磺酸共聚物)薄膜,并以這兩種PEDOT復(fù)合材料為基礎(chǔ)分別制備了高性能的柔性超級(jí)電容器和可進(jìn)行仿生螺旋運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器。另一方面,我們利用電化學(xué)合成法,在聚噻吩氧化聚合過程中摻雜增塑劑與陰離子表面活性劑,得到高強(qiáng)度高韌性的導(dǎo)電聚乙二醇2000-對(duì)甲基苯磺酸鈉-聚噻吩(PEG2000-SPTS-PTh)薄膜,并在此基礎(chǔ)上組裝了具有良好柔性的聚噻吩超級(jí)電容器。本論文對(duì)設(shè)計(jì)合成柔性導(dǎo)電高分子復(fù)合材料及相...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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摘要
ABSTRACT
引言
第1章 聚噻吩的電化學(xué)及刺激響應(yīng)性研究概述
    1.1 PEDOT的發(fā)展與研究
        1.1.1 PEDOT的研究歷史
        1.1.2 PEDOT的化學(xué)結(jié)構(gòu)
        1.1.3 PEDOT的合成方法
        1.1.4 PEDOT復(fù)合物的平面結(jié)構(gòu)及立體結(jié)構(gòu)
    1.2 超級(jí)電容器
        1.2.1 超級(jí)電容器的組成
        1.2.2 超級(jí)電容器的分類
        1.2.3 超級(jí)電容器面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向
        1.2.4 導(dǎo)電高分子作為超級(jí)電容器活性材料
    1.3 PEDOT在超級(jí)電容器領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 聚合方法對(duì)于PEDOT比電容值的影響
        1.3.2 聚合條件對(duì)于PEDOT比電容值的影響
        1.3.3 表面形態(tài)對(duì)PEDOT比電容值的影響
    1.4 刺激響應(yīng)性材料
        1.4.1 自然界中的響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)
        1.4.2 智能響應(yīng)性材料
        1.4.3 刺激響應(yīng)性材料
        1.4.4 刺激響應(yīng)性材料研究進(jìn)展
    1.5 濕度響應(yīng)性材料
        1.5.1 利用細(xì)菌孢子組裝的濕度響應(yīng)性驅(qū)動(dòng)器
        1.5.2 仿生濕度響應(yīng)性聚吡咯驅(qū)動(dòng)器
        1.5.3 高分子復(fù)合物光控濕度驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器
    1.6 PEDOT在響應(yīng)性材料領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.6.1 PEDOT:PSS/PVDF濕度響應(yīng)性雙層驅(qū)動(dòng)器
        1.6.2 PEDOT:PSS/PDMS濕度響應(yīng)性雙層驅(qū)動(dòng)器
        1.6.3 PEDOT:PSS/PEG濕度響應(yīng)性雙層驅(qū)動(dòng)器
    1.7 磁場(chǎng)響應(yīng)性材料的研究現(xiàn)狀與展望
        1.7.1 磁鐵納米顆粒的結(jié)構(gòu)
        1.7.2 磁鐵納米顆粒的合成方法
        1.7.3 磁鐵納米顆粒的主要應(yīng)用
    1.8 磁鐵納米顆粒在刺激響應(yīng)性材料中的應(yīng)用簡(jiǎn)介
        1.8.1 負(fù)載磁鐵納米顆粒的可注射形狀記憶水凝膠
        1.8.2 超輕磁性的負(fù)載磁鐵納米顆粒的石墨烯壓力響應(yīng)性彈性體
        1.8.3 形狀記憶的遠(yuǎn)程調(diào)控性磁鐵納米顆粒-納菲纖維
    1.9 響應(yīng)性材料的定向運(yùn)動(dòng)
        1.9.1 通過施加外界磁場(chǎng)控制濕度響應(yīng)性聚吡咯薄膜運(yùn)動(dòng)方向
        1.9.2 通過濕度響應(yīng)性CNP薄膜一端部分保護(hù)實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)
        1.9.3 通過在體系中加入纖維結(jié)構(gòu)使薄膜運(yùn)動(dòng)具有取向性
    1.10 自然界中的螺旋運(yùn)動(dòng)
        1.10.1 黃瓜藤的手性螺旋生長(zhǎng)
        1.10.2 豆英的手性螺旋張開
        1.10.3 種子芒的螺旋彎曲運(yùn)動(dòng)
        1.10.4 卷柏莖的螺旋彎曲
    1.11 人工合成螺旋運(yùn)動(dòng)材料的研究現(xiàn)狀
        1.11.1 通過手性液晶分子得到具有特定運(yùn)動(dòng)方向的光熱響應(yīng)材料
        1.11.2 通過雙層結(jié)構(gòu)的材料得到具有特定形變方式的響應(yīng)性驅(qū)動(dòng)器
        1.11.3 通過兩種周期性平行排列的材料得到特定形變方式
    1.12 高強(qiáng)度高韌性聚噻吩的合成及性能研究
        1.12.1 聚噻吩的聚合機(jī)理
        1.12.2 聚噻吩摻雜的研究
        1.12.3 聚噻吩超級(jí)電容器的研究
    1.13 利用超分子自組裝法提高導(dǎo)電高分子材料的力學(xué)性能
第2章 基于PEDOT-PVA水凝膠的柔性超級(jí)電容器
    2.1 前言
    2.2 合成PEDOT-PVA水凝膠
        2.2.1 聚合反應(yīng)機(jī)理
        2.2.2 聚合反應(yīng)步驟
        2.2.3 反應(yīng)體系的優(yōu)化
    2.3 PEDOT-PVA水凝膠的化學(xué)表征
        2.3.1 PEDOT-PVA水凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)
        2.3.2 PEDOT-PVA水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)
        2.3.3 PEDOT-PVA水凝膠的其他表征
    2.4 PEDOT-PVA水凝膠的力學(xué)性能
    2.5 PEDOT-PVA水凝膠電化學(xué)主要參數(shù)計(jì)算
    2.6 PEDOT-PVA水凝膠在三電極體系中的電化學(xué)性能
        2.6.1 制備PEDOT-PVA水凝膠電極
        2.6.2 循環(huán)伏安與電化學(xué)阻抗曲線
        2.6.3 恒電流充放電曲線
    2.7 組裝PED0T-PVA水凝膠SSC
        2.7.1 制備PVA-Na₂SO₄電解質(zhì)
        2.7.2 制備PEDOT-PVA水凝膠SSC
        2.7.3 PEDOT-PVA水凝膠SSC的電化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)條件
        2.7.4 PEDOT-PVA水凝膠SSC的電壓窗口上限
        2.7.5 PEDOT-PVA水凝膠SSC的電化學(xué)穩(wěn)定性
    2.8 總結(jié)
第3章 PPA薄膜的合成及濕度響應(yīng)性
    3.1 前言
    3.2 合成PPA薄膜
        3.2.1 方法設(shè)計(jì)
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)路線摸索
        3.2.3 合成步驟
        3.2.4 制備濕度響應(yīng)性薄膜
    3.3 PPA薄膜的化學(xué)表征
        3.3.1 紫外光譜
        3.3.2 光學(xué)顯微鏡觀察
        3.3.3 PPA薄膜化學(xué)結(jié)構(gòu)表征
    3.4 PPA薄膜的力學(xué)性能
        3.4.1 PPA薄膜的拉伸性能
        3.4.2 PPA薄膜的承重性能
    3.5 PPA薄膜的濕度響應(yīng)性現(xiàn)象
        3.5.1 PPA薄膜的濕度響應(yīng)性現(xiàn)象
        3.5.2 PPA薄膜的濕度響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)
    3.6 PPA薄膜的濕度響應(yīng)性量化
        3.6.1 溫度對(duì)濕度響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)的影響
        3.6.2 薄膜幾何形狀對(duì)濕度響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)的影響
        3.6.3 PPA薄膜的靈敏度
    3.7 PPA薄膜濕度響應(yīng)性的非接觸控制
        3.7.1 PPA薄膜對(duì)遠(yuǎn)程濕度梯度的響應(yīng)性現(xiàn)象
        3.7.2 PPA薄膜的蝴蝶狀呼吸運(yùn)動(dòng)
        3.7.3 基于PAA濕度響應(yīng)性的非接觸開關(guān)
    3.8 PPA薄膜的濕度響應(yīng)性機(jī)理推斷
        3.8.1 通過光學(xué)顯微鏡觀察PPA薄膜的吸水與失水
        3.8.2 通過紅外光譜檢測(cè)PPA薄膜與空氣中的水交換過程
        3.8.3 薄膜響應(yīng)性機(jī)理推斷
    3.9 總結(jié)
第4章 PPA薄膜的定向響應(yīng)性運(yùn)動(dòng)
    4.1 前言
    4.2 磁鐵納米顆粒的合成及表征
        4.2.1 磁鐵納米顆粒的合成原理及反應(yīng)過程
        4.2.2 磁鐵納米顆粒反應(yīng)后處理
        4.2.3 磁鐵納米顆粒的化學(xué)性質(zhì)表征
    4.3 磁鐵納米顆粒的摻雜及PPA薄膜的磁場(chǎng)-水汽雙應(yīng)性運(yùn)動(dòng)
        4.3.1 摻雜方式的選擇
        4.3.2 摻雜對(duì)PPA薄膜化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.3 磁鐵納米顆粒摻雜量對(duì)PPA薄膜方向性運(yùn)動(dòng)速度的影響
        4.3.4 磁鐵納米顆粒摻雜量對(duì)PPA薄膜濕度響應(yīng)性翻轉(zhuǎn)頻率的影響
    4.4 PPA薄膜的手性螺旋運(yùn)動(dòng)
        4.4.1 PPA薄膜手性運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)
        4.4.2 PPA薄膜手性螺旋運(yùn)動(dòng)的量化
    4.5 PPA薄膜手性螺旋運(yùn)動(dòng)的機(jī)理
        4.5.1 PPA薄膜手性螺旋運(yùn)動(dòng)機(jī)理的推測(cè)
        4.5.2 PPA薄膜手性螺旋運(yùn)動(dòng)機(jī)理的驗(yàn)證
        4.5.3 PPA手性螺旋運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用
    4.6 總結(jié)
第5章 基于高強(qiáng)度高韌性聚噻吩復(fù)合材料的柔性電子器件
    5.1 前言
    5.2 研究方法
        5.2.1 聚噻吩的電化學(xué)合成
        5.2.2 聚噻吩的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)表征
        5.2.3 聚噻吩的電化學(xué)性質(zhì)表征
    5.3 增塑劑及表面活性劑單摻雜對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.3.1 增塑劑摻雜對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.3.2 表面活性劑摻雜對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
    5.4 雙摻雜體系對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.4.1 聚乙二醇分子量對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.4.2 聚合溫度對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.4.3 聚合電壓對(duì)聚噻吩薄膜性能的影響
        5.4.4 聚噻吩薄膜的摻雜原理
    5.5 聚噻吩薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)
        5.5.1 聚噻吩薄膜的紅外光譜
        5.5.2 聚噻吩薄膜的拉曼光譜
        5.5.3 聚噻吩薄膜的SEM形貌特征
        5.5.4 聚噻吩薄膜的XRD光譜及拉伸機(jī)制
    5.6 聚噻吩薄膜的電化學(xué)性質(zhì)
        5.6.1 聚噻吩薄膜柔性導(dǎo)體
        5.6.2 聚噻吩電極的電化學(xué)性質(zhì)
        5.6.3 聚噻吩超級(jí)電容器的電化學(xué)性質(zhì)
    5.7 總結(jié)
第6章 全文總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄一：圖表目錄
附錄二：簡(jiǎn)稱及縮寫
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號(hào)：3777386