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德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授:新型多功能導(dǎo)電高分子凝膠的合成、性質(zhì)及應(yīng)用
2017-11-07  來(lái)源:材料人網(wǎng)
關(guān)鍵詞:導(dǎo)電高分子 凝膠

  近日,德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校趙飛博士,石燁博士余桂華教授以及南京大學(xué)潘力佳教授近期在化學(xué)類的頂級(jí)綜述期刊Accounts of Chemical Research發(fā)表了基于其課題組關(guān)于三維納米結(jié)構(gòu)化導(dǎo)電高分子凝膠的設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用方面的系列工作,系統(tǒng)總結(jié)了采用多官能團(tuán)分子作為交聯(lián)劑合成并調(diào)控新型導(dǎo)電高分子凝膠的方法,并研究了源自凝膠三維結(jié)構(gòu)的種種獨(dú)特性質(zhì),最后介紹了新型高分子凝膠在多功能復(fù)合凝膠合成、電化學(xué)能源儲(chǔ)存、能源轉(zhuǎn)化、傳感器等領(lǐng)域中的應(yīng)用(見(jiàn)圖1)。

圖1 導(dǎo)電高分子凝膠由于其獨(dú)特的理化性質(zhì)在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛研究及應(yīng)用

圖2 (A) 新型導(dǎo)電高分子凝膠采用多官能團(tuán)分子作為交聯(lián)劑。(B) 凝膠結(jié)構(gòu)與性質(zhì)可進(jìn)行廣泛調(diào)控。(C, D) 該凝膠被研究并應(yīng)用于電化學(xué)能源儲(chǔ)存以及生物傳感器中。(E) 導(dǎo)電高分子凝膠可用于合成多功能復(fù)合凝膠材料。

  文章從介紹新型導(dǎo)電高分子凝膠合成方法出發(fā),解釋了多官能團(tuán)分子在合成中起到的交聯(lián)以及摻雜作用(見(jiàn)圖2A),并指出導(dǎo)電高分子凝膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)可以通過(guò)控制合成條件(包括交聯(lián)劑種類、溶劑、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等)進(jìn)行廣泛調(diào)控(圖2B),從而得到優(yōu)異的電學(xué)和機(jī)械性能。新型導(dǎo)電高分子凝膠具有高電導(dǎo)率和表面積,其多孔結(jié)構(gòu)可促進(jìn)液體以及離子在其中的傳輸與擴(kuò)散,因此被應(yīng)用于電化學(xué)能源儲(chǔ)存器件中用以提升器件性能(圖2C)。文章中介紹了將它們作為超級(jí)電容器電極材料以及新型鋰電池粘結(jié)劑的一系列研究與應(yīng)用。另外,這種獨(dú)特的電子及離子傳輸性質(zhì)也讓高分子凝膠在生物傳感器中得到了獨(dú)特應(yīng)用(圖2D)。這種新型導(dǎo)電高分子凝膠通過(guò)熱處理被進(jìn)一步發(fā)展成為三維納米結(jié)構(gòu)化的碳材料,并應(yīng)用于能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化器件中。最后,由于其高度交聯(lián)的三維結(jié)構(gòu),新型導(dǎo)電高分子凝膠被用于制備多功能復(fù)合凝膠材料(圖2E)。這些材料可表現(xiàn)出優(yōu)秀的導(dǎo)電性能、環(huán)境響應(yīng)性質(zhì)以及自修復(fù)行為,從而在智能電子器件的發(fā)展中擁有廣泛前景。相關(guān)工作以專論的形式發(fā)表在Accounts of Chemical Research上。

  論文鏈接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.7b00191

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