[发明专利]导电聚合物水凝胶及其制备方法、产电器件

说明书

本发明提供一种导电聚合物水凝胶及其制备方法、以及应用该导电聚合物水凝胶的产电器件，该导电聚合物水凝胶的制备方法包括：将水凝胶前驱体与短链纤维素混合，加热搅拌后得到混合液；混合液进行冷冻‑回温循环处理，得到水凝胶；及将水凝胶置于盐溶液中浸泡处理，得到导电聚合物水凝胶。本发明的方法可制备出具有较高力学强度和良好电学性能的导电聚合物水凝胶，且采用该导电聚合物水凝胶制备出的产电器件，具有可调节产电量、自发产生电能、绿色安全等优势，同时该产电器件体积小、质量轻、便于携带，可作为新型高性能产能器件，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种导电聚合物水凝胶及其制备方法、产电器件。

背景技术

随着能源危机的到来和环境污染问题的日益严峻，绿色、清洁能源的开发和利用成为国内外学者的研究热点。将广泛存在于自然界中的，但无法直接利用的能源(如太阳能、废热能、浓差能等)转化为可直接应用的电能将产生巨大的经济和社会效益。目前，太阳能电池和热电模块等功能器件被相应开发出来，从自然界中获取相应能量，并转换为电能。然而，这类器件的广泛使用受限于环境约束。

相较于其他物质，水与水蒸气更加常见且受环境约束较少。例如，利用海水与淡水的盐分差，通过选择性离子透过膜的渗透作用获取电能。利用水或盐水溶液在碳纳米管泡沫表面方向性流动从而获得电能。还可以通过从水蒸气与富含离子液体的高分子膜表面作用获得电能。但上述方法一般受限于溶液的流动，且无法实现产电量调控，可使用次数低、时长短，且所用材料比较昂贵，或者存在水溶液泄露的问题，不适用于大规模制备与广泛应用。

导电聚合物水凝胶具有交联的三维网络结构，具有较大的吸液保液性能和模塑性，可不依靠表面活性剂或模板而铸成薄膜等任意所需的形状，适用于制备体积小、质量轻、便于携带的新型产能器件。然而，目前导电聚合物水凝胶机械强度较低，可选用的材料非常有限，因此，迫切需要开发一种高强度新的材料体系用于构建绿色安全、产电量可调控、使用次数多、使用时间长的高性能产电器件。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种导电聚合物水凝胶及其制备方法、以及应用该导电聚合物水凝胶的产电器件，以解决现有产品器件无法实现产电量调控、成本高或者存在水溶液泄露等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种导电聚合物水凝胶的制备方法，包括：将水凝胶前驱体与短链纤维素混合，加热搅拌后得到混合液；混合液进行冷冻-回温循环处理，得到水凝胶；及将水凝胶置于盐溶液中浸泡处理，得到导电聚合物水凝胶。

根据本发明的一个实施方式，水凝胶前驱体选自聚乙烯醇及其衍生物中的一种或多种，所述衍生物包括壳聚糖-聚乙烯醇、聚丙烯酸-聚乙烯醇、明胶-聚乙烯醇和环糊精-聚乙烯醇中的一种或多种；短链纤维素选自羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种，短链纤维素与水凝胶前驱体的质量比为1:5～1:10，加热搅拌的温度为60℃～90℃。

根据本发明的一个实施方式，还包括循环处理前，混合液于室温下静置12h～24h。

根据本发明的一个实施方式，循环处理的次数为至少2次，每次循环处理包括：将混合液置于-15℃～-40℃下冷冻10h～24h后再置于室温下回温10h～24h。

根据本发明的一个实施方式，盐溶液选自氯化钠溶液、氯化钾溶液、氢氧化钾溶液、氯化镁溶液、氯化铜溶液、硝酸锌溶液和三氧化二铁溶液中的一种或多种，盐溶液的浓度为0.01mol/L～5mol/L，浸泡处理的时间为10h～24h。

本发明还提供一种导电聚合物水凝胶，采用上述方法制备得到。