摘要: 离子导电水凝胶因其同时兼备了传统水凝胶的柔韧性和良好的导电性能，在柔性电子领域成为人们研究的热点。然而现阶段传统水凝胶材料仍面临力学性能较差、附着能力差、低温下易冻结、功能化单一等问题，极大的限制了柔性电子设备的使用寿命和使用场景... 展开 离子导电水凝胶因其同时兼备了传统水凝胶的柔韧性和良好的导电性能，在柔性电子领域成为人们研究的热点。然而现阶段传统水凝胶材料仍面临力学性能较差、附着能力差、低温下易冻结、功能化单一等问题，极大的限制了柔性电子设备的使用寿命和使用场景。针对这一现状，本文将黄原胶作为增强材料，通过对水凝胶网络结构进行优化，从而获得具有优异机械性能的功能化离子导电水凝胶，并探索其在柔性电子器件领域中的应用，具体研究内容如下： （1）针对聚乙烯醇（PVA）单网络水凝胶机械性能差的问题，通过黄原胶（XG）的引入构建了对同时阴阳离子敏感的PVA/XG水凝胶体系，利用盐析效应和离子交联协同作用实现了材料的显著增韧。增韧后的水凝胶在不牺牲拉伸应变的前提下拉伸强度从0.19MPa提升至3.38MPa。阴阳离子协同增韧水凝胶的同时赋予了材料良好的抗撕裂性能和导电性能，其断裂能最高可达12.13kJm?2，离子电导率可达18.72mScm?1。基于该水凝胶制备的应变变传感器可对人体不同部位不同程度的运动进行实时监测。（2）采用简单的一锅法在聚乙烯醇/聚丙烯酸网络中引黄原胶制备具有多层交联网络的PVA/PAAc/XG-Zn2+离子导电水凝胶。网络结构优化后的水凝胶实现了力学性能的全面提升，其中黄原胶含量为2wt%的水凝胶达到了最佳的力学性能，拉伸强度为1.31MPa，韧性可达3.46MJm?3。同时，内部结构中大量的羟基和羧基可使水凝胶粘附在不同基材表面，其中对钛箔和锌箔的粘附强度最高可达14.96kPa和15.21kPa。此外，将其作为凝胶电解质的超级电容器具有较高的比容量（0.5Ag?1为227.3mAhg?1）和出色的循环性能（20Ag?1下充放电循环10000次后容量保持率为83.41%）。 （3）通过在聚乙烯醇/丙烯酰胺半互穿网络中引入黄原胶，成功制备了具有高离子电导率、高力学性能的抗冻离子导电水凝胶（PPXZ）。水凝胶中丰富的氢键和离子交联网络，可为水凝胶在受力变形过程中提供有效的能量耗散，从而使其具有1.14MPa的拉伸强度和2.93MJm?3的高韧性。同时，水凝胶具有良好的抗冻性，在?60℃低温下离子电导率为13.32mScm?1。值得注意的是，即使在恶劣的低温环境下，PPXZ水凝胶基应变传感器和基于PPXZ制备的锌离子混合超级电容器仍能表现出一定的传感和电化学行为。 收起