【摘 要】
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导电织物在柔性导电材料、柔性储能材料、智能纺织品等方面都有着广泛的应用前景。石墨烯拥有着良好的电化学性能、热学性能,但其与织物亲和力低,往往由氧化石墨烯与织物结合,再还原为石墨烯,但还原氧化石墨烯在空气跟液体条件下状态也不稳定,易被氧化。导电聚合物常被用作优秀的储能材料来制备柔性超级电容器,但当其用于制备导电织物时通常有着机械性能差等问题,这在一定程度上使基于导电聚合物的智能纺织品的应用受到了限制
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导电织物在柔性导电材料、柔性储能材料、智能纺织品等方面都有着广泛的应用前景。石墨烯拥有着良好的电化学性能、热学性能,但其与织物亲和力低,往往由氧化石墨烯与织物结合,再还原为石墨烯,但还原氧化石墨烯在空气跟液体条件下状态也不稳定,易被氧化。导电聚合物常被用作优秀的储能材料来制备柔性超级电容器,但当其用于制备导电织物时通常有着机械性能差等问题,这在一定程度上使基于导电聚合物的智能纺织品的应用受到了限制。以石墨烯和导电聚合物为原材料复合制备导电织物可使两类材料的优缺点互补,本课题分两个步骤制备了石墨烯/导电聚合物的复合导电织物,主要研究内容如下:首先以氨棉为基板通过浸渍法制备石墨烯导电织物,采用氧化石墨烯分散液多次浸渍-烘干织物,在采用抗坏血酸为还原剂将氧化石墨烯还原,以得到石墨烯导电织物,通过SEM扫面电镜及XRD确定石墨烯的成功吸附。通过控制变量法得到最佳浸渍次数为5次,最佳还原时间40min,最佳还原温度95℃,最佳还原剂浓度0.06mol/L。并对在最佳条件下制得的石墨烯导电织物进行了表征及电化学测试,证实了其具备较好的导电性能。再采用电沉积法在三电极体系中在石墨烯导电织物的基础上沉积导电聚合以得到石墨烯/导电聚合物复合导电织物。本课题中选用了聚吡咯和PEDOT进行电沉积,分别选择对甲苯磺酸钠和聚苯乙烯磺酸钠配置电解质溶液,在三电极体系中,工作电极为石墨烯导电织物,辅助电极为铂电极,参比电极为饱和甘汞电极。通过四探针法测得复合导电织物电阻率,与原有石墨烯导电织物相比,其电阻率大大减小。通过SEM电镜及红外光谱分析确定了两种导电聚合物成功沉积到了石墨烯导电织物表面。通过控制变量法分析比较可得,沉积聚吡咯的最佳工艺为10m A恒电流聚合,沉积时间60min,对甲苯磺酸钠0.08mol/L,温度为55℃;沉积PEDOT的最佳工艺为10m A恒电流聚合,沉积时间80min,聚苯乙烯磺酸钠0.08mol/L(苯乙烯磺酸钠的摩尔质量),温度为65℃。在上述较低温度下、较短时间内,所制得的复合导电织物较石墨烯导电织物,其电阻率呈倍数下降。将复合导电织物和石墨烯导电织物分别置于空气和模拟海水条件下一定时间,再测其电阻,复合导电织物几乎不受影响,由此可知,导电聚合物的沉积为导电织物提供了一定的保护,防止其被氧化,尤其是在海水条件下,保护作用明显。最后对复合导电织物的电化学性能进行了测试,结果表明以本文方法所制备的复合导电织物具备了比单一的石墨烯导电织物更优良的电化学性能。
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