一种疏水性离子凝胶、制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种疏水性离子凝胶、制备方法和应用，属于离子热电材料技术领域，该疏水性离子凝胶的制备方法包括：(1)以疏水性单体、疏水性离子液体、光引发剂和交联剂为原料制备得到均一的预聚液；(2)使所述的预聚液在紫外灯下进行聚合反应，制得疏水性离子凝胶。该疏水性离子凝胶包含疏水三维网络和高导电性疏水性离子液体，水下稳定性优异，且在水中具有较高的热电势，较低的热导率，优异的热电转换性能，进一步利用该疏水性离子凝胶制得的热能发电器件可在水下稳定使用，扩宽了柔性热能发电器件的适用环境范围，有利于回收水下废热并加以利用。加以利用。加以利用。

【技术实现步骤摘要】
一种疏水性离子凝胶、制备方法和应用


[0001]本专利技术属于离子热电材料
，具体涉及一种疏水性离子凝胶、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近室温热能分布广泛，如工业废热、太阳光热、大数据中心散热、人体焦耳热等都是能量密度低的近室温热能，目前利用率较低，因此如何合理高效地开发利用这部分热能对人类可持续发展具有重大的实际意义。热电材料是一种不需要借助外力即可将热能直接转换为电能的材料，利用物体两端的温差促进内部的载流子发生定向运动，有利于实现目前难以利用的废热到清洁能源电能的转变，是一种高效且经济的废热利用的方式。
[0003]近年来，凝胶由于其在温差存在下的内部阴阳离子不同的迁移速率可形成连续稳定的输出电压和电流被广泛应用于柔性热能发电器件。公开号为CN115172579A的中国专利文献公开了一种热电转换器件及其制备方法，基于温敏聚合物的水凝胶作为导电凝胶层的热电转换器件具有高输出功率和持续输出电功能力，然而导电水凝胶普遍存在着空气中失水，水中离子泄露、溶胀的问题，使以其为基础的柔性热能发电器件面临着在空气中使用寿命短，对环境中水敏感等问题。
[0004]离子凝胶由于其具有良好的抗失水、抗溶胀特性，为扩宽热能发电器件应用场景，延长其使用寿命提供了思路。公开号为CN114940729A的中国专利文献公开了一种具有抗溶胀特性的高强度微相分离离子凝胶，由化学交联的聚合物网络组成，其中聚合物为P(AA
‑
co
‑
MEA)，离子液体为1
‑
乙基<br/>‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐，该离子凝胶具有良好的抗溶胀特性；公开号为CN115028769A的中国专利文献公开了一种超拉伸导电离子凝胶，由软单体、硬单体、引发剂和离子液体为原料制备得到，可应用于柔性传感器、超级电容器、锂电池固态电解质等。但将上述离子凝胶应用于热能发电器件时，仍然可能存在由于其疏水性不足导致水下离子泄露进而热电效果下降的问题。因此，如何使离子凝胶具有较好力学性能的同时使其可以在水下稳定工作是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的柔性热电材料在水中稳定性差，只能在空气中使用的问题，本专利技术提供了一种疏水性离子凝胶的制备方法，制得的离子凝胶包含疏水三维网络和高导电性疏水性离子液体，水下稳定性优异，且在水中具有较高的热电势，较低的热导率，进一步利用该疏水性离子凝胶制得的柔性热能发电器件可在水下稳定使用，突破应用环境的限制。
[0006]具体采用的技术方案如下：
[0007]一种疏水性离子凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)以疏水性单体、疏水性离子液体、光引发剂和交联剂为原料制备得到均一的预聚液；
[0009](2)使所述的预聚液在紫外灯下进行聚合反应，制得疏水性离子凝胶。
[0010]本专利技术方法利用疏水性单体在疏水性离子液体中聚合的方式构筑疏水性离子凝胶材料，采用离子液体中阴阳离子作为热扩散子，在温差下阴阳离子迁移速率不同，使得冷热两端堆积的阴阳离子比例不同，从而在冷热两端产生电势差，制备得到适用于水下柔性热能发电器件的疏水性离子凝胶，且该疏水性离子凝胶在水中组分稳定性好；克服了现有技术中离子凝胶在水下放置过程中易出现的溶胀和离子泄露的问题。
[0011]优选的，疏水性单体选自甲基丙烯酸甲酯、叔丁基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的至少一种。
[0012]优选的，疏水性离子液体选自1
‑
丁基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的至少一种。
[0013]优选的，光引发剂选自2,2
‑
二乙氧基
‑1‑
苯乙酮(DEAP)、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)
‑
氧化膦(PI819)、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮(1173)中的一种；交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，二丙烯酸乙二醇酯(EGDA)，二丙烯酸三乙二醇酯(TRIEGDA)，二乙烯基苯(DVD)中的一种。
[0014]具体的，步骤(1)中，首先在搅拌条件下将疏水性单体溶解于疏水性离子液体溶液中，充分混合后再加入光引发剂和交联剂，进一步搅拌得到均一的预聚液。
[0015]进一步优选的，所述的疏水性单体为甲基丙烯酸甲酯，所述的疏水性离子液体为1
‑
丁基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸盐，疏水性单体和疏水性离子液体的质量比为1
‑
2：4；疏水性单体与引发剂的质量比为100
‑
1000：1，疏水性单体与交联剂的质量比为20
‑
100：1；在上述参数下，制备得到的疏水性离子凝胶在水中稳定性更好，热能发电效果优异。
[0016]步骤(2)中，紫外光强度不低于50W，光聚时间不低于3小时。聚合时间过短将导致光引发剂不能完全发挥作用，不能成胶。
[0017]本专利技术还提供了所述的疏水性离子凝胶的制备方法制得的疏水性离子凝胶；该疏水性离子凝胶由包括疏水性单体和疏水性离子液体在内的全疏水性组分聚合而成，具有较高的耐水性和离子导电性，可在水下环境中通过塞贝克效应将热能转换为电能，实现对水下废热的利用。
[0018]优选的，所述的疏水性离子凝胶的接触角不低于80
°
，溶胀率不高于3.21％；水中塞贝克系数不低于2.41mV/K，电导率不低于0.28mS/cm，热导率不高于0.09W/m/K。该疏水性离子凝胶水下稳定性优于大多数目前报道过的用于热能发电器件的离子凝胶，且具有优异的热电转化性能。
[0019]本专利技术了还提供了一种能够在水下使用的柔性热能发电器件，所述的柔性热能发电器件包括所述的疏水性离子凝胶，具体包括第一电极层、第二电极层和所述的疏水性离子凝胶。
[0020]优选的，第一电极层和第二电极层的材料选自金、银、铜或铂；进一步优选为铜，其较好的延展性和经济可得性。
[0021]将所述的柔性热能发电器件串联使用后，经测试可知，串联使用后的柔性热能发电器件在水下工作可至少循环发电100次，且热电势在温差10K下不低于65mV。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023](1)与现有的以水溶液为主的热电离子凝胶材料相比，本专利技术提供的疏水性离子凝胶在水中具有较好的稳定性，其水接触角不低于80
°
，表现出明显的疏水性，且在水中进行抗溶胀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水性离子凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以疏水性单体、疏水性离子液体、光引发剂和交联剂为原料制备得到均一的预聚液；(2)使所述的预聚液在紫外灯下进行聚合反应，制得疏水性离子凝胶。2.根据权利要求1所述的疏水性离子凝胶的制备方法，其特征在于，疏水性单体选自甲基丙烯酸甲酯、叔丁基丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的疏水性离子凝胶的制备方法，其特征在于，疏水性离子液体选自1
‑
丁基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1
‑
乙基
‑3‑
甲基
‑
咪唑六氟磷酸盐、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的疏水性离子凝胶的制备方法，其特征在于，光引发剂选自2,2
‑
二乙氧基
‑1‑
苯乙酮、苯基双(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)
‑
氧化膦、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，李慧静，魏俊杰，谷金翠，李龙，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：