【摘 要】
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传统的高分子水凝胶材料受到其自身力学性能低与功能化单一等问题的限制,在柔性电子器件领域并未得到广泛的实际应用。本论文围绕这一问题,设计合成了以聚乙烯醇（PVA）为基础的凝胶电解质,将柔韧性、导电性、耐低温性、粘性、热塑性及热修复性等性能引入到PVA凝胶电解质中,并对其在柔性电子器件领域的应用进行了研究。主要内容如下:（1）将甘油和Na Cl加入到PVA水溶液中,在没有化学交联剂和冷冻/解冻过程的条
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传统的高分子水凝胶材料受到其自身力学性能低与功能化单一等问题的限制,在柔性电子器件领域并未得到广泛的实际应用。本论文围绕这一问题,设计合成了以聚乙烯醇（PVA）为基础的凝胶电解质,将柔韧性、导电性、耐低温性、粘性、热塑性及热修复性等性能引入到PVA凝胶电解质中,并对其在柔性电子器件领域的应用进行了研究。主要内容如下:（1）将甘油和Na Cl加入到PVA水溶液中,在没有化学交联剂和冷冻/解冻过程的条件下,在室温下快速获得了PVA/Na Cl/甘油凝胶电解质。研究结果表明,PVA/Na Cl/甘油凝胶电解质力学性能好,还具有优异的热修复能力、热塑性和成型性。其最佳拉伸强度和断裂伸长率分别为0.57 MPa和575%,在加热修复后还能保持在0.54 MPa和401%;离子电导率最高值可达到92.5 m S cm-1。（2）在（1）的研究基础上将PVA/Na Cl/甘油水凝胶作为超级电容器的电解质和隔膜,在活性炭电极表面原位形成凝胶电解质来制备柔性超级电容器。实验表明,基于PVA/Na Cl/甘油凝胶电解质的柔性固态超级电容器在0.5 A g-1下比电容为211.6 F g-1,界面接触电阻为1.39Ω。同时还具有优异的耐低温性,在低温下的比电容为171.4 F g-1,接近在室温下比电容的81.0%;进行2500次低温下的充放电循环,电容保持率能达到90.5%,循环稳定性高且柔韧性好。（3）在紫外光下通过自由基原位聚合,以PVA和PAMAA为聚合物双网络,采用一锅法制备了PVA/PAMAA/Gly/Na Cl DN凝胶电解质。实验结果表明,PVA/PAMAA/Gly/Na Cl DN凝胶电解质具有3D多孔且致密的微观结构,其最佳拉伸强度和断裂伸长率分别为345 KPa和1002%,在室温环境和40 oC下长期放置30天的重量保留率分别为99.7%和81.8%,且该凝胶电解质对各种基材具有长期且可重复的粘性。此外,该凝胶电解质具有优异的耐低温性。（4）基于高性能的PVA/PAMAA/Gly/Na Cl DN凝胶电解质分别制备了柔性应变传感器和柔性固态超级电容器。结果表明,与MWCNT电极组装成柔性固态超级电容器,在0.5 m A cm-2下,面积比电容高达75.75 m F cm-2;进行4500次充电/放电循环和500次重复弯曲循环,电容保持率均能高于90%。用作柔性应变传感器时,在宽的应变范围内灵敏度高达8.303,还表现出较高的稳定性和出色的重复性。同时,基于PVA/PAMAA/Gly/Na Cl DN凝胶的柔性固态超级电容器和应变传感器在低温下具有优异的电学稳定性。
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