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水凝膠是通過(guò)化學(xué)或物理交聯(lián)而形成的含有大量水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái),導(dǎo)電聚合物水凝膠由于其特殊的三維網(wǎng)絡(luò)納米結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電性,引起了人們極大的興趣,并已被應(yīng)用于傳感器、電容器、制動(dòng)器、人造肌肉等領(lǐng)域。目前,這類材料存在的一個(gè)明顯問(wèn)題就是其機(jī)械強(qiáng)度較低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。尤其是將其用于具有一定機(jī)械強(qiáng)度的輕型柔性器件,如平面型電極,仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。
為解決這一問(wèn)題,一個(gè)較好的方案是加入氧化石墨烯來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)電聚合物水凝膠的機(jī)械性能。近日,德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授和四川大學(xué)肖丹教授研究團(tuán)隊(duì)在Adv.Mater.上發(fā)表的文章中,報(bào)告了采用氧化石墨烯和CPHs,通過(guò)自組裝方法制成的具有大分子相互連接的3D石墨烯/納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物水凝膠的方法。
基于自組裝方法制備PANI/GO混合水凝膠
PANI/rGO纖維的形態(tài)
所制備的3D PANI/ rGO雜化水凝膠,由于PANI / GO雜化水凝膠中GO、PANI和PA之間存在很強(qiáng)的分子間相互作用,包括靜電相互作用、氫鍵效應(yīng)和π-π堆疊,展現(xiàn)出均勻的互連性和優(yōu)異的機(jī)械性能,從而有效地減少了成形及還原過(guò)程中的團(tuán)聚?;赑ANI/rGO纖維和聚乙烯醇(PVA)/H2SO4凝膠電解質(zhì)的全水凝膠狀超級(jí)電容器具有出色的柔韌性、可塑性以及優(yōu)異的電化學(xué)性能,且可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)約40%的應(yīng)變,提供8.80mWh/cm3的體積能量密度(功率密度為30.77mW/cm3),優(yōu)于之前報(bào)道的許多纖維狀超級(jí)電容器。
PANI、PA和rGO之間的相互作用及纖維的應(yīng)變-應(yīng)力曲線
組裝的全水凝膠狀電池實(shí)際應(yīng)用
這種全凝膠態(tài)超級(jí)電容器不僅有極大的體積能量密度,還顯示出優(yōu)異的機(jī)械靈活性和耐用性,可以制成儲(chǔ)能紗線,有望成為下一代可穿戴和便攜式電子設(shè)備提供動(dòng)力的一種新材料。