高透明度和导电性的离子导体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高透明度和导电性的离子导体及其制备方法和应用。所述方法直接将交联剂、引发剂、单体以及离子液体混合均匀并通过聚合反应得到离子导体。本发明专利技术中，一方面内部网络的聚合物链与离子液体具有优异的相容性，另一方面引入的离子液体具有较强的离子迁移率、流动性以及热稳定性，制得的离子导体具有出色的透明度、离子导电性以及环境稳定性。以本发明专利技术的离子导体为基础组装的柔性超级电容器和柔性传感器分别表现出良好的储能性能以及压阻响应能力。以及压阻响应能力。以及压阻响应能力。

【技术实现步骤摘要】
高透明度和导电性的离子导体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光电材料
，涉及一种高透明度和导电性的离子导体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]柔性凝胶电解质是器件的重要组成部分。工业上的凝胶电解质一般分为电子凝胶和离子凝胶。目前常用的电子凝胶电解质的制备方法是将电子导电材料直接掺杂或掺混到凝胶基质中。电子导电材料通常分为三类：(1)金属(金、银、铜等)纳米粒子/纳米线；(2)碳基材料(例如碳脂、碳纳米颗粒/碳纳米线/CNT、石墨烯、氧化石墨烯[GO]、还原的GO[rGO]纳米片)；(3)导电聚合物(例如聚苯胺、聚吡咯、聚亚苯基亚乙烯基、聚噻吩、聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)[PEDOT:PSS])。离子凝胶主要通过将可产生自由离子能力的材料引入凝胶基质中而制得。具有可产生自由离子能力的材料通常分为四类：(1)酸(例如HCl、H2SO4、H3PO4)；(2)盐(例如NaCl/Na2SO4、KCl、LiCl、LiClO4、FeCl3/FeNO3、CaCO3/CaCl2、TBCl3、AlCl3)；(3)碱液(例如NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2、NH4·
H2O)；(4)离子液体(例如1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓氯化物)。
[0003]由于传统的水凝胶电解质的透明度和导电性能较差，需要对相关性能做进一步优化。首先，为了提升凝胶电解质的导电性能，需要添加一些化学物质，比如石墨烯以及碳纳米管(DOI:10.1002/adfm.201704195)，但是这样做很难实现凝胶电解质的光学透明性，不利于可视化可穿戴器件的广泛应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有高透明度和导电性的离子导体及其制备方法和应用。该离子导体以丙烯酸乙酯(EA)作为单体，以1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([C2min][NTf2])作为离子液体，通过化学交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)聚合形成离子液凝胶聚合物网络。单体与离子液体之间具有较好的相容性，这促进了离子导体的透明化。与此同时，离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(主要是阴离子[NTf2])通过氢键很好地被锁定在聚(丙烯酸乙酯)网络当中，有效改善了离子液凝胶电解质的离子导电率。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0006]高透明度和导电性的离子导体的制备方法，以离子液体作为分散溶剂，丙烯酸乙酯作为单体，1
‑
羟基环己基苯基酮作为光引发剂，聚乙二醇二丙烯酸酯作为化学交联剂，具体步骤如下：
[0007](1)将1
‑
羟基环己基苯基酮、聚乙二醇二丙烯酸酯、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺以及丙烯酸乙酯混合，搅拌直至形成透明澄清溶液作为前体溶液；
[0008](2)将前体溶液注入玻璃模具，紫外光照射下聚合形成高透明度、高导电性的柔性离子导体。
[0009]优选地，步骤(1)中，前体溶液中，丙烯酸乙酯的体积占1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺和丙烯酸乙酯总体积的20％～80％，更优选为60～80％。
[0010]优选地，步骤(1)中，1
‑
羟基环己基苯基酮的摩尔量为丙烯酸乙酯摩尔量的1％。
[0011]优选地，步骤(1)中，聚乙二醇二丙烯酸酯的摩尔量为丙烯酸乙酯摩尔量的0.1％～0.2％，更优选为0.1％。
[0012]优选地，步骤(2)中，玻璃模具的间隔为500μm～1500μm。
[0013]优选地，步骤(2)中，紫外光功率为400W。
[0014]优选地，步骤(2)中，聚合时间为15～30分钟。
[0015]本专利技术还提供上述制备方法制得的离子导体。
[0016]进一步地，本专利技术提供上述离子导体在制备柔性可拉伸电子器件中的应用。
[0017]本专利技术所述的柔性可拉伸电子器件包括但不限于柔性可拉伸传感器和柔性可拉伸超级电容器等。
[0018]本专利技术所述的柔性可拉伸传感器为电阻式传感器，由离子导体和离子导体两侧的铜丝电极组成。
[0019]本专利技术所述的柔性可拉伸超级电容器由离子导体和覆盖在离子导体两侧的薄膜电极组成；所述薄膜电极的材质为PEDOT：PSS薄膜。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术制备的离子导体内部的聚合物链与离子液体之间具有较好的相容性，有效地提升了离子导体的透明度；
[0022](2)本专利技术制备的离子导体内部的离子液体1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(主要是阴离子[NTf2])通过氢键很好地锁定在聚(丙烯酸乙酯)网络当中，增强了其离子导电率；
[0023](3)本专利技术的基于离子导体的柔性可拉伸传感器具有精准的响应灵敏度，可用于监测人体基本活动；
[0024](4)本专利技术的基于离子导体的柔性可拉伸超级电容器具有良好的导电性和储能能力。
附图说明
[0025]图1为基于不同丙烯酸乙酯体积分数制得的柔性离子导体的透光率曲线；
[0026]图2为基于不同丙烯酸乙酯体积分数制得的柔性离子导体的应力应变曲线；
[0027]图3为基于不同聚乙二醇二丙烯酸酯浓度制得的柔性离子导体的应力应变曲线；
[0028]图4为纯离子液体以及基于不同聚乙二醇二丙烯酸酯浓度制得的柔性离子导体的热重曲线；
[0029]图5为以不同丙烯酸乙酯体积分数对应的离子导体为基础组装的柔性超级电容器的阻抗图谱；
[0030]图6为基于柔性离子导体制得的柔性超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线图(CV)；
[0031]图7为基于柔性离子导体制得的柔性超级电容器在不同电流密度下的恒流充放电曲线图(CV)；
[0032]图8为基于柔性离子导体制得的柔性可穿戴传感器在恒定压力下的重复响应信号；
[0033]图9为基于柔性离子导体制得的柔性可穿戴传感器对人体基本活动的响应信号；
[0034]图10为对比例3制得的聚2
‑
[[(丁基氨基)羰基]氧代]丙烯酸乙酯离子液凝胶电解质的实物图；
[0035]图11为以不同2
‑
[[(丁基氨基)羰基]氧代]丙烯酸乙酯体积分数对应的离子导体为基础组装的柔性超级电容器的离子电导率图。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步详述。
[0037]下述实施例中，PEDOT电极由聚环氧乙烷与N,N
‑
二甲基甲酰胺以10mg/ml的比例进行配置，在60℃的条件下通过搅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高透明度和导电性的离子导体的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将1
‑
羟基环己基苯基酮、聚乙二醇二丙烯酸酯、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺以及丙烯酸乙酯混合，搅拌直至形成透明澄清溶液作为前体溶液；(2)将前体溶液注入玻璃模具，紫外光照射下聚合形成高透明度、高导电性的柔性离子导体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，前体溶液中，丙烯酸乙酯的体积占1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺和丙烯酸乙酯总体积的20％～80％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，前体溶液中，丙烯酸乙酯的体积占1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺和丙烯酸乙酯总体积的60～80％。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛振华，胡安康，崔泽宇，黄成泱，黄卓航，李佳豪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：