聚合物凝胶电解质的制备实验报告
用于锂离子电池的凝胶聚合物电解质的制备与性能
联系人简介 ：王存国，男 ， 士，教授 ， 事功能高分子理论与应用研究．Ｅｍａ ： ｕ￣ｏ ＠ｙｈｏｃｎ 博 从 — ｉ ｃ ｎ ｗ ａｏ． ｏ ｌ
维普资讯
２ ７ ３４
高 等 学 校 化 学 学 报
中图分类号
一
聚合物电解质具有 质轻 、 成膜性 好、易加工 和无 漏液等优 点 ，已成 为化学 电源 的研究 重点之 ｊ 由于聚合物凝胶电解质电导率与液态电解质 的电导率相近而备受关注＿ ．合物 凝胶 电解 质是两 个 紧密相关 的重 要 研究课 题 ｊ ．凝胶 电解 质 主要 由聚
本文采用溶液聚合的方法 ， 以丙烯腈（ Ｎ 、 Ａ ） 丙烯酸甲酯（ Ａ 和衣康酸锂 （Ａ ｉ为共 聚反应的主 Ｍ ） Ｉ Ｌ） 要单体 ， 合成了聚（ 丙烯腈一 丙烯酸甲酯一 衣康酸锂） 基质材料［ 简记为 Ｐ Ａ — Ａ ＩＬ） ． （ Ｎ Ｍ — ｉ］ 通过加入交联 Ａ
剂 二 甲基丙烯 酸 乙二醇 酯 （ Ｇ ， 交联体 系 中的交联 网络具有 较好 的机 械强 度 和耐 溶解 性 ．实 验发 Ｅ Ｄ） 使
用 于锂 离 子 电池 的凝胶 聚合 物 电解 质 的 制 备 与 性 能
王存 国 ， 何丽 霞，董献 国，王怡臻 ，赵树 高，孙 琳， 林 琳 ，肖红 杰
（ 岛科技大学高分子科学与工程学 院， 塑材料与工程 教育部重点实验室 ， 青 橡 青岛 ２ ６４ ） ６ ０ ２
摘要
以丙烯腈 （ Ｎ 、 Ａ ） 丙烯 酸 甲酯（ ＭＡ） 和衣康酸锂 （Ａ ｉ 为 自由基共聚 反应的 主要 单体 ，采用溶 液聚合 Ｉ Ｌ）
合物 、 增塑剂和锂盐组成 ， 因而共聚反应是制备化学交联型聚合物电解质 的一种有效方法．常见的聚 丙烯腈（ Ａ ） Ｐ Ｎ 材料 ， 因其电化学稳定性好 ， 不易燃 ， 易于合成 ， 故很适合用作 聚合物电解质的基质材 料 ， 它与 电解液 的相 容性较 差 ．以 Ｐ Ｎ为基 质材 料 的 聚合 物 电解 质膜 长 时 问放 置 会 出现 有 机 但 Ａ 增塑剂的偏析现象 ， 从而影响电解质膜的电导率稳定性 以及其与电极 间的界 面性质．Ｌｅ等 在 ｅ
锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展doc
锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展引言锂离子电池作为当代电力储能技术中具有重要地位的一种能源储存装置，已广泛应用于移动通信设备、电动汽车和可再生能源等领域。
其中，电解质是锂离子电池中起着关键作用的组件之一。
近年来，以凝胶聚合物为基础的锂离子电池电解质逐渐受到研究人员的关注。
本文将对锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展进行概述。
1. 锂离子电池电解质的研究历史锂离子电池电解质的研究可以追溯到20世纪70年代。
最早的锂离子电池电解质采用的是有机液体电解质，如聚合物溶液。
然而，有机液体电解质存在着安全性差和导电性能有限等问题，限制了锂离子电池的进一步发展。
因此，人们开始关注凝胶聚合物电解质的研究。
2. 凝胶聚合物电解质的特性凝胶聚合物电解质具有许多优越的特性，使其成为一种有潜力的替代品。
这些特性包括以下几个方面：•高离子导电性：凝胶聚合物电解质具有较高的离子导电性，能够满足锂离子电池对较高电导率的需求。
•机械稳定性：凝胶聚合物电解质能够形成具有良好机械稳定性的薄膜，提高锂离子电池的循环寿命。
•耐高温性：凝胶聚合物电解质具有较高的热稳定性，可以在高温环境下工作，提高锂离子电池的安全性能。
•化学稳定性：凝胶聚合物电解质对氧化还原反应具有较好的耐受性，能够保持较长的寿命。
•低毒性：相比于有机溶剂电解质，凝胶聚合物电解质的毒性较低，降低了环境和健康的风险。
3. 凝胶聚合物电解质的制备方法凝胶聚合物电解质的制备方法主要分为两大类：溶液法和固态法。
3.1 溶液法溶液法是指在溶剂中将聚合物和电解质材料溶解，并通过各种方法如溶剂挥发或凝胶切割等实现凝胶聚合物电解质的形成。
溶液法制备凝胶聚合物电解质具有操作简单、扩展性好等优点，然而由于溶剂的挥发和回收过程中易产生环境污染，关于可再生溶剂的研究也日益受到重视。
3.2 固态法固态法是指通过机械混合或固相反应的方式制备凝胶聚合物电解质。
固态法制备的凝胶聚合物电解质具有较高的热稳定性和机械稳定性，然而制备过程较为复杂且成本较高。
聚合物电解质的制备及其性能优化
聚合物电解质的制备及其性能优化随着能源领域的不断发展，电池技术也在不断进步。
其中，聚合物电解质作为一种新型电解质材料，在锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等领域得到了广泛应用。
然而，聚合物电解质在制备过程中仍存在热塑性差、离子导电率低等问题，因此如何优化聚合物电解质的性能成为当前研究的热点之一。
一、聚合物电解质的制备方法聚合物电解质的制备方法主要有溶液共聚法、原位聚合法和交联法。
其中，溶液共聚法适用于制备聚合物电解质膜。
例如，将环氧乙烷（EO）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酰胺（AM）等单体与锂盐共混，加入紫外光引发剂，置于光照下进行聚合反应。
而原位聚合法则适用于制备聚合物电解质液体。
例如，先将丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯等单体与锂盐混合，在氧化锌上加热进行自由基聚合反应。
交联法更适用于制备高性能固态聚合物电解质。
例如，将单体与锂盐共混，置于特定条件下反应，使其形成网络结构，从而提高电解质的机械强度和离子导电率。
二、聚合物电解质的性能与优化（一）热塑性问题聚合物电解质的热塑性差，容易受到温度的影响。
在高温下，聚合物电解质易熔化变形，导致电解质膜失去机械强度，严重影响电池的安全性和耐久性。
因此，如何提高聚合物电解质的热稳定性成为当前研究的重点。
目前，提高聚合物电解质热稳定性的方法主要有以下几种：1.选择稳定性更好的锂盐某些锂盐对聚合物电解质的热稳定性具有重要影响。
例如，硼酸丙酯锂和硼酸苯乙酯锂对聚合物电解质的热稳定性更好，可减缓电解质材料的老化和降解。
2.添加热稳定剂添加热稳定剂是提高聚合物电解质热稳定性的一种常用方法。
例如，磷酸三丁酯可在高温下减缓聚合物电解质的老化速率，而有机硅化合物等也具有显著的热稳定性。
3.改变聚合物结构和耦合化学通过改变聚合物的结构和交联化学，可以有效提高聚合物电解质的热稳定性。
例如，将含有多个稳定性好的端基的聚合物与锂盐配制成电解质，能够显著减缓电解质的老化速率。
（二）离子导电率问题聚合物电解质的离子导电率是决定其电池性能的关键因素，因为电池的能量密度和功率密度主要受限于电解液离子传输速率。
锂离子电池的研制及凝胶聚合物电解质的研究的开题报告
锂离子电池的研制及凝胶聚合物电解质的研究的开题报告一、选题背景随着全球能源消耗量的不断增加和环境污染问题的日益严重，发展清洁能源已经成为全球社会的共同愿望。
作为一种高效、可再生能源，锂离子电池在现代科技领域的广泛应用中发挥着重要作用，例如在移动通讯、电动汽车和可穿戴设备等领域都有广泛应用。
目前，锂离子电池的研制仍然处于不断创新和完善的过程中。
凝胶聚合物电解质材料作为一种新型的固态电解质，具有高离子导电性能和较好的机械性能，在锂离子电池中的应用前景广阔。
二、研究目的及意义本研究的主要目的是研制一种高性能的锂离子电池，并探究凝胶聚合物电解质材料在锂离子电池中的应用。
具体包括以下几个方面：1.设计制备一种具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池。
2.利用凝胶聚合物电解质材料代替传统液态电解质，实现锂离子电池的固态化，提高电池的安全性和稳定性。
3.通过测试和分析，探究凝胶聚合物电解质材料在锂离子电池中的导电性能、机械性能、电化学性能等方面的表现及优化方法。
三、研究内容及方法1.锂离子电池的设计制备：设计制备一种具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池，包括正极材料、负极材料、电解质材料等。
其中正负极材料采用高容量、高稳定性的材料，电解质材料采用凝胶聚合物电解质材料。
2.凝胶聚合物电解质材料的制备：通过交联聚合反应制备具有高离子导电性能和机械性能的凝胶聚合物电解质材料。
3.锂离子电池测试与分析：对所制备的锂离子电池进行性能测试和分析，包括电池的电化学性能、循环寿命、高温度下的稳定性等方面，探究凝胶聚合物电解质材料在锂离子电池中的应用优势。
四、预期成果及意义1.成功研制一种具有高性能的锂离子电池，并验证凝胶聚合物电解质材料在锂离子电池中具有应用前景。
2.改进传统锂离子电池结构和电解质材料，提高锂离子电池的安全性、稳定性和循环寿命，丰富和拓展锂离子电池应用领域。
3.为锂离子电池研究领域提供新的思路和方法，有助于推动锂离子电池的可持续发展，推进清洁能源产业的发展。
聚合物凝胶电解质的设计和性能评估
聚合物凝胶电解质的设计和性能评估聚合物凝胶电解质在锂离子电池、超级电容器和燃料电池等能源领域中具有重要的应用前景。
与传统液态电解质相比，聚合物凝胶电解质具有优越的机械稳定性、高离子传导率、宽电化学窗口和较高的耐化学稳定性。
因此，聚合物凝胶电解质的设计和性能评估是实现这一技术的关键。
1. 聚合物凝胶电解质的设计聚合物凝胶电解质具有三维交联结构，能够抵抗流体运动和电化学反应，因此在高能量密度电化学器件中应用广泛。
目前，大多数聚合物凝胶电解质都是由单体聚合而成。
在聚合物凝胶电解质的设计中，关键是选择合适的单体、适当的聚合反应条件以及优化交联体系。
聚合反应条件对聚合物凝胶电解质的结构和性能有很大影响。
例如，聚合反应温度、反应时间和反应物的浓度等都会影响聚合物凝胶电解质的交联程度和孔隙度。
一般来说，高温下的聚合反应能够促进交联反应，形成更均匀的孔隙结构和更大的比表面积，提高电解质的离子传导率。
在单体的选择方面，需要考虑到单体的电化学稳定性、分子结构和聚合反应条件。
一些具有长碳链或含氧基团的单体，例如乙二醇甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等，具有高的离子传导性能和良好的电化学稳定性，被广泛应用于聚合物凝胶电解质的设计中。
另一方面，设计交联体系也是聚合物凝胶电解质的关键。
交联体系直接关系到电解质的孔隙度和交联度，以及稳定性和机械强度。
在聚合反应中引入交联剂可以促进交联反应的发生，增强电解质的稳定性和机械强度。
2. 聚合物凝胶电解质的性能评估评估聚合物凝胶电解质的性能需要从离子传导率、电化学稳定性、机械强度等多个方面进行综合考虑。
离子传导率是衡量聚合物凝胶电解质性能的重要指标之一，它直接关系到电化学器件的能量密度和功率密度。
使用交流阻抗法、电化学放电法等方法可以评估电解质的离子传导率。
同时，为了避免电解质的机械强度过低，需要对电解质的机械性能进行评估，在电解质的交联体系中引入适当的交联剂，可以提高电解质的机械稳定性和耐久性。
1 m凝胶电解质制备
1 m凝胶电解质制备1. 引言电解质是现代电化学领域中非常重要的研究方向之一。
m凝胶电解质作为一种新型的固态电解质材料，在能量存储和传输领域具有广阔的应用前景。
本文将详细探讨m凝胶电解质的制备方法以及其性能特点。
2. m凝胶电解质的定义和特点2.1 定义m凝胶电解质指的是一种以凝胶为基体的电解质材料，其中m代表金属离子，通常是锂离子或钠离子。
凝胶是由于溶剂在固体基体中形成网状结构而产生的胶态物质。
2.2 特点m凝胶电解质具有以下特点： - 高离子载流子浓度：由于凝胶基质的网状结构，离子在其中可以形成大量的载流子，从而具有较高的离子导电性能。
- 良好的机械稳定性：凝胶基质可以为电解质提供均匀的载流子传输通道，并且具有较好的机械强度，有利于电解质的稳定性和循环寿命。
- 较低的界面阻抗：m凝胶电解质与电极之间的界面接触较好，可以有效降低界面阻抗，提高电池性能。
3. m凝胶电解质的制备方法3.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备m凝胶电解质的常用方法。
其制备步骤包括溶胶制备、凝胶形成、干燥和烧结等过程。
1.溶胶制备：–选取适当的溶剂和金属盐，将金属盐逐渐溶解于溶剂中，形成均匀的溶胶体系。
–在溶液中添加适量的络合剂，以促进金属离子和溶剂分子的结合。
2.凝胶形成：–通过溶胶的凝胶化过程，形成三维网状结构的凝胶。
–凝胶形成的方法主要包括凝胶剂添加法、溶剂蒸发法和相变法等。
3.干燥和烧结：–将凝胶样品进行适当的干燥，去除溶剂，得到固体凝胶。
–将固体凝胶进行烧结处理，使其形成致密的电解质膜。
3.2 水热法水热法是另一种制备m凝胶电解质的常用方法。
其制备步骤包括溶液制备、水热反应和后处理等过程。
1.溶液制备：–选择适当的溶剂和金属盐，将金属盐逐渐溶解于溶剂中，形成均匀的溶液。
–在溶液中添加适量的调节剂，以调控溶液的酸碱性和离子浓度。
2.水热反应：–将溶液加入高压容器中，在一定的温度和压力下进行水热反应。
–水热反应的时间和条件对于凝胶结构和性能具有重要影响。
原位凝胶电解质的制备方法
原位凝胶电解质的制备方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：原位凝胶电解质是一种新型的固态电解质，具有高离子导电性和优良的稳定性，被广泛应用于锂离子电池、固态电池等领域。
制备原位凝胶电解质的方法有许多种，下面将详细介绍几种常用的方法。
一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备原位凝胶电解质的常用方法之一。
首先将聚合物（如聚乙二醇、聚丙烯酸等）和离子液体（如LiClO4）混合溶解在有机溶剂中，形成一种溶胶。
然后通过加热或者溶剂挥发的方式，将溶胶转变为凝胶。
最后通过热处理或交联反应，形成具有良好离子导电性的原位凝胶电解质。
溶胶-凝胶法制备的原位凝胶电解质具有良好的稳定性和导电性能，适用于高功率锂离子电池等领域。
但由于制备过程中较为复杂，成本较高，限制了其在大规模生产中的应用。
二、溶液浸渗法溶液浸润法制备的原位凝胶电解质简单易行，成本低廉，适合于中小规模生产。
但其制备过程中需要较长的等待时间，且存在液相挥发不完全、不易固化等问题。
三、溶胶注浆法溶胶注浆法是一种将溶胶直接注入到电解质中的方法。
首先制备含有聚合物和离子液体的溶胶。
然后将溶胶注入到电解质中，使其充分渗透到电解质中，形成原位凝胶电解质。
最后通过热处理或交联反应固化。
原位凝胶电解质的制备方法有多种，选择适合自己生产规模和需求的方法非常重要。
通过不断优化制备工艺和材料选择，可以提高原位凝胶电解质的性能和稳定性，促进其在电化学领域的广泛应用。
【字数已达要求，无需再添加】第二篇示例：原位凝胶电解质是一种高分子电解质，主要用于电池、超级电容器等领域，具有高离子导电性、较低电导率和优异的化学稳定性等特点。
制备原位凝胶电解质的方法有很多种，其中最常见的方法是溶胶-凝胶法。
本文将详细介绍原位凝胶电解质的制备方法，希望能对相关领域的研究者有所帮助。
一、原位凝胶电解质的概念原位凝胶电解质是指在溶胶中添加交联剂、电解质和溶剂，通过凝胶化过程形成高分子网络结构的电解质材料。
导电聚合物水凝胶的制备及其超级电容性能
实验报告导电聚合物水凝胶的制备及其超级电容性能学号：姓名：专业：指导教师：2019年6月13日研究背景：超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。
虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。
这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。
超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。
对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。
这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另外一层。
传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。
高电容是通过大量的材料折叠。
可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。
过去传统的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。
电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。
可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。
超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。
这种材料的多孔结构，允许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。
超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。
这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。
巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。
超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。
由于制造商或特定的应用需求，这些材料可能略有不同。
所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
实验目的：1、了解超级电容器的特点2、掌握制备超级电容器制备过程实验步骤：预先配制6 M的HCl溶液和10 wt%的聚乙烯醇(PVA)水溶液;①0.4564 g过硫酸铵(APS) 溶于1 mL去离子水中形成溶液A;②在另一瓶子中加入225 μL去离子水，835 μL 6 M的HCl溶液，再加入0.13971g苯胺单体;③称0.0162696g水合三氨基苯硼酸(ABA·H2O) 粉末，加入到上述混合液中，搅拌均匀；④最后用注射器量取3 mL PVA水溶液，加入到上述混合液中，形成溶液B。
PVA-KOH-H2O碱性凝胶聚合物电解质的制备与表征
合 物 电解质 室温 电导率 最大 可达 到 ２ Ｏ ×１ ＿ Ｓ ｃ ． １ ０ 。／ ｍ，
且 化学 性 质 稳 定 ， 置 两 年未 见 降 解 。Ｐ ｌｃ ｓ ｑ对 放 ａ ｉ［ ａｏ ＇ 该 体系 的热稳 定 性 和传 输 机 制 作 了 初步 探 讨 ， 应 用 且
电解 质 膜 的 电 导 率 先 增 后 减 ， （ ＶＡ）： （ 当 Ｐ Ｋ０Ｈ）
一３： ． ４ ５时（ 量比 ， 同） 室温 电导 率 达到 最 大值 ， 质 下 ，
为 ４ ６ ０ 。／ ｍ。 聚 合 物 电 解 质 膜 的 电 导 率 随 温 ． ３ １＿Ｓ ｃ ｘ
度 的 变 化 基 本 符 合 Ａｒｈ ｎｕ ｒ ｅ ｉ ｓ方 程 。 加 入 ＫｏＨ 后 ，
离子 络合 物 导 电性 的 发 现 。 １ ７ ９ ９年 Ａｒ ｎ ｍａ ｄ等 指 出 Ｐ ０ 碱金属 盐络 合物在 ４ ￣６ ℃时 离 子 电导率 达 Ｅ ／ ０ ０ １ 一Ｓ ｃ 可用 作 锂 离 子 电池 电解 质 。此 后 ， ０ ／ｍ， 聚合 物
ＤＳ ２ ４型热分 析 仪 在 氮 气 保 护 气 氛 下进 行 Ｄ Ｃ 分 Ｃ０ Ｓ 析， 温度 范 围为 ～６ ～３ ０ ， ０ ０ ℃ 升温 速率 为 １ ℃／ ｎ Ｏ ｍｉ。
Ｐ ＶＡ 结 构 从 晶 态 向 非 晶 态 转 变 ， 晶 度 降 低 ， 稳 定 结 热
性提 高 。循 环 伏 安 和 Ｄ Ｃ热 分 析 显 示 该 聚合 物 电解 Ｓ
２ 实 验
２１ Ｐ ． ＶＡ碱 性凝 胶聚 合物 电解质 薄膜 的制 备 采用 溶解一 膜法 ， Ｐ 铸 将 ＶＡ１ ４ 分子 量 １ ５ ， Ｒ， ２（ ７０Ａ 上海 化学试 剂公 司 经销 ） 与适量 去离 子水 混合 ， 热到 加 ７ ￣９ ℃并 搅拌 至完 全溶解 ， Ｐ ０ ０ 将 ＶＡ／ ＫＯＨ 比为定 值 的 ＫＯＨ（ 分析 纯 ） 液 逐滴 加 到 Ｐ 溶 ＶＡ 溶 液 中 ， 续加 继
聚合物凝胶材料的制备及其应用研究
聚合物凝胶材料的制备及其应用研究聚合物凝胶材料是一类具有三维网络结构的高分子材料，其特点是可以吸收大量溶液，形成可逆的凝胶状态。
近年来，随着生物医学、环境保护等领域的不断发展，聚合物凝胶材料因其独特的物理化学性质而被广泛应用。
本文将介绍聚合物凝胶材料的制备方法及其应用研究进展。
一、聚合物凝胶材料的制备方法目前，聚合物凝胶材料的制备方法主要分为三类：自由基聚合法、离子凝胶体法和交联共聚法。
自由基聚合法是目前应用最广泛的制备聚合物凝胶材料的方法之一。
其基本原理是将单体、交联剂、引发剂等混合物制备成为预聚液，再进行自由基聚合反应，形成聚合物凝胶。
该方法的反应时间短、成本低、操作简便，但在反应中会产生大量自由基，易出现网络断链，影响材料的性能。
离子凝胶体法基于与自由基聚合不同的凝胶形成机理，该方法通常使用无机盐作为凝胶剂或电解质，将单体强制聚合，并形成具有离子凝胶体的聚合物凝胶。
该方法可以制备出具有良好物理化学性能的聚合物凝胶，但存在成本较高、操作复杂的问题。
交联共聚法是将单体和交联剂混合后进行聚合反应的同步或逐步过程，该方法可以在保持良好聚合效率的同时，控制不同单体的交联程度和密度，从而实现精细调控凝胶材料的物理化学性质。
该方法可以制备出具有超高吸水性、超大载药量、自修复等多种性质的聚合物凝胶材料。
二、聚合物凝胶材料的应用研究进展1.聚合物凝胶材料在药物缓释领域的应用聚合物凝胶材料的高水含量、高渗透性和高吸附性能使其成为药物缓释领域的热门研究方向。
研究人员利用交联共聚法制备出超高吸水性的聚合物凝胶，将药物包含其中，形成药物凝胶体。
药物的释放速率可以通过交联剂的类型、交联度、pH值等因素进行调控，实现药物缓慢释放的效果。
2.聚合物凝胶材料在组织工程领域的应用聚合物凝胶材料具有类似组织的生理环境，可以形成类似细胞间质的网状结构，成为一种可供细胞点植的支架材料。
文献报道了一种利用天然多糖和聚乙二醇共聚制备的生物相容材料。
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智能凝胶的制备及配方 摘要：高分子凝胶是由具有三维交联网络结构的聚合物与低分子介质共同组成的多元体系,其大分子主链或侧链上含有离子解离性、极性或疏水性基团,对溶剂组分、温度、pH值、光、电场、磁场等的变化能产生可逆的、不连续(或连续)的体积变化,所以可以通过控制高分子凝胶网络的微观结构与形态,来影响其溶胀或伸缩性能,从而使凝胶对外界刺激作出灵敏的响应,表现出智能。
1.概述： 水凝胶是一种柔软、湿润的网络结构材料，在仿生材料或生物医学材料领域有广泛的应用前景。但传统的水凝胶机械性能差，限制了其应用。目前，人们主要通过合成具有拓扑结构、双网络结构（DN gel）的水凝胶、或者采用纳米复合或 click技术来提高水凝胶的机械性能。本实验主要以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）为单体制备第一网络。以丙烯酰胺（AAM）为单体作为第二网络并均匀分散于第一网络中，并聚合成第二网络。以N，N '-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）为交联剂，以过硫酸铵（APS）为引发剂，以去离子水作为溶剂进行反应，得到双网络水凝胶（DN凝胶）。分别考查了不同AAM含量以及不同引发剂用量DN凝胶的拉伸性能及溶胀性能。
2.实验材料 2.1实验药品 丙烯酰胺（AAM）； 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）； NN'-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）； 过硫酸铵（APS）； 去离子水 ； 2.2实验仪器 REGER-300型微机控制万能材料试验机； HH-1 型电热恒温水浴锅（北京科伟永兴仪器有限公司）； ZD79-B真空干燥箱（北京兴争仪器设备厂）； FA1104A电子天平（上海精天电子仪器厂）； 其他：烧杯，玻璃片，表面皿，量筒，玻璃棒，滴管，镊 子，小刀，封口膜等。 3.实验过程 3.1 聚合物第一网络(PAMPS)系列 ①将一定量的水、精制AMPS 、过硫酸铵、N,N '-亚甲基双丙烯酰胺加入烧杯中，得到无色透明溶液。 ②将上述溶液，加入两片载玻片和橡胶隔层制成的模具中，密封。 ③将上述模具放入60℃水浴中加热，恒温下反应4个小时后，停止反应。即得无色透明凝胶。 ④出料时，将四组反应产物从玻片中取出。
表1 第一网络配方 交联剂（g） 去离子水（ml） 单体AMPS(g) 引发剂APS（g） 0.124 20 4.14 0.0456
3.2聚合物凝胶第二网络系列 ①将一定量的水、精制AAM 、过硫酸铵、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入烧杯中。 ②将第一网络水凝胶浸泡于第二网络预聚液中，放入0℃冰箱中冷藏，溶胀24个小时后，取出。
③压片：将溶胀后的凝胶，小刀裁剪成合适尺寸，放入载玻片橡胶隔层组成的模具中。 ④放入60℃水浴中加热，恒温下反应4-5个小时后，停止反应。即得互穿网络凝胶聚合物。
表2 第二网络配方 编号 单体AAM （g） 引发剂 (g) 交联剂 （g） 去离子水（ml） 1# 5.68 0.3684 0.124 80 2# 5.68 0.1842 0.124 80 3# 2.84 0.1842 0.124 80
3.3.1聚合物凝胶互穿网络系列 ①将上步中得到的两组智能凝胶分别放置编号第一片、第二片。 ②将第一片取出后直接测拉伸。
3.3.2聚合物凝胶互穿网络系列 ①第二片取出后放置于盛有去离子水的烧杯中。密封，至于常温下放置24个小时。 ②取出第二片，测拉伸。
3.4 凝胶在蒸馏水中的溶胀行为 ①将一片互穿网络凝胶裁剪成正方形小块。 ②将裁剪好的凝胶放入烘箱中烘干。不定时测其质量，待质量不再改变后取出。 ③放入盛有去离子水的烧杯中，密封。常温下放置半个小时。 ④取出称重。并记录。 ⑤放回水中继续常温下浸泡，半小时后取出称量，如此反复每半小时称量一次，直至四次后，每一小时称量一次，浸泡24小时后称重一最后次。
4．结果与讨论 4.1结果
图1. DN凝胶结构示意图 该图为双网络水凝胶，由2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）作为单体，聚合形成第一网络凝胶，由丙烯酰胺（AAM）作为单体均匀扩散在第一网络凝胶中，并聚合形成第二网络凝胶。得到双网络水凝胶。
4.1.1 不同单体含量对拉伸的影响
浸泡前 表3 浸泡前不同AAM用量对拉伸强度的影响 编号 单体AAM（g） 引发剂APS （g） 交联剂用量 （g） 去离子水 （ml） 拉伸强度MPa 断裂伸长率 （%） 2# 5.68 0.1842 0.124 80 0.1357 99.56 3# 2.48 0.1842 0.124 80 0.1000 81.42 图2. 2#样浸泡前拉伸曲线 宽：7mm 厚：2mm 标距：20mm 载荷最大值：1.9 N 拉伸强度：1.9/2*7=0.1357 MPa 断裂伸长率： 23.894/24*100%=99.56%
图3. 3#样浸泡前拉伸曲线
宽：8mm 厚：2mm 标距：23mm 载荷最大值：1.6 N 拉伸强度：1.6/2*8=0.1 MPa 断裂伸长率： 18.726/23*100%=81.42%
在交联剂含量为0.124 g 引发剂含量为0.1842 g 去离子水含量为80ml情况下，单体用量为5.68g时，拉伸强度为100kPa。单体用量为2.48g时拉伸强度为135.7kPa，拉伸强度要好约为前者1.36倍。
浸泡后 表4 浸泡后不同AAM用量对拉伸强度的影响 编号 单体AAM（g） 引发剂APS （g） 交联剂用量 （g） 去离子水 （ml） 拉伸强度MPa 断裂伸长率 （%） 2# 5.68 0.1842 0.124 80 0.091 79.11 3# 2.48 0.1842 0.124 80 0.027 28.59 图4. 2#样浸泡后拉伸曲线 宽：8mm 厚：3mm 标距：24mm 载荷最大值：2.2 N 拉伸强度：2.2/3*8=0.091 MPa 断裂伸长率： 18.98767/24*100%=79.11%
图5. 3#样浸泡后拉伸曲线
宽：6mm 厚：3mm 标距：30mm 载荷最大值：0.45 N 拉伸强度：0.45/3*6=0.027 MPa 断裂伸长率： 8.576667/30*100%=28.59%
实验结果表明：在用水浸泡过之后，随着单体浓度的增加，凝胶拉伸强度有了明显的提高，从27kPa增加到91kPa,增加了3倍多，断裂伸长率由28.59%增加到79.11%。是因为单体浓度的增加，是的扩散在第一网络中的PAAM含量增加，为凝胶增韧效果更强。 4.1.2 不同引发剂含量对拉伸的影响
在交联剂含量为0.124 g 单体含量为5.68 g 去离子水含量为80ml情况下，引发剂含量为0.3684 g凝胶的拉伸性能好。
浸泡前 表5 浸泡前不同AAM用量对拉伸强度的影响 编号 单体AAM (g) 引发剂 (g) 交联剂 (g) 去离子水(ml) 拉伸强度MPa 断裂伸长率（%） 1# 5.68 0.3684 0.124 80 0.07 110.66 2# 5.68 0.1842 0.124 80 0.1357 99.56 图6. 1#样浸泡前拉伸曲线 宽：5mm 厚：2mm 标距：24mm 载荷最大值：0.7 N 拉伸强度：0.7/5*2=0.070 MPa 断裂伸长率： 26.55833/24*100%=110.66%
图7. 2#样浸泡前拉伸曲线
宽：7mm 厚：2mm 标距：20mm 载荷最大值：1.9 N 拉伸强度：1.9/2*7=0.1357 MPa 断裂伸长率： 23.894/24*100%=99.56% 当引发剂用量为0.3684g时，其断裂伸长率（110.66%）与引发剂用量为0.182g时的断裂伸长率（99.56%）相差不多，但是后者拉伸强度明显优于前者。
浸泡后 表6 浸泡后不同AAM用量对拉伸强度的影响 编号 单体AAM (g) 引发剂 (g) 交联剂 (g) 去离子水(ml) 拉伸强度MPa 断裂伸长率（%） 1# 5.68 0.3684 0.124 80 0.0356 62.29 2# 5.68 0.1842 0.124 80 0.091 79.11
图8. 1#样浸泡后拉伸曲线 宽：9mm 厚：2.5mm 标距：21mm 载荷最大值：0.8 N 拉伸强度：0.8/9*2.5=0.0356 MPa 断裂伸长率： 12.66033/21*100%=60.29% 图9. 2#样浸泡后拉伸曲线
宽：8mm 厚：3mm 标距：24mm 载荷最大值：2.2 N 拉伸强度：2.2/3*8=0.091 MPa 断裂伸长率： 18.98767/24*100%=79.11% 实验结果表明：在浸泡之后，随着引发剂用量的减少，凝胶的拉伸强度会明显提高，从之前的35.6kPa提高到91kPa,有将近3倍。
4.2 计算水凝胶的溶胀率 计算水凝胶的溶胀度( SR ): SR= [ (Wt- Wd ) /Wd ]×100%. 首先将水凝胶在去离子水中充分溶胀达到平衡, 然后随时间增加出现