具有自修复性能的光热转化涂层和离子凝胶的制备

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在过去的几十年中,科研工作者们已经创造性地开发并制备了许多自修复材料。通过将修复剂、可逆共价键或超分子作用力引入到材料中可以制备具有自修复性能的材料,提高材料的稳定性,延长材料的使用寿命。近年来,功能材料作为能源、通讯、电子等现代科学的基础已经被广泛应用于人们生产生活的各个方面。通过将自修复性能和功能材料结合起来,为功能材料的长期使用提供了可靠的保障。在众多的功能材料当中,光热转化材料由于其高效的太阳能利用以及离子凝胶在锂离子电池、超级电容器和应变传感器等领域的良好应用前景而被科研工作者广泛关注。然而,目前关于制备自修复光热转化材料和自修复离子凝胶的研究处于早期阶段。在本论文的第一章中,我们简单介绍了自修复材料的分类,光热转化材料和离子凝胶的应用,总结了自修复光热转化材料和自修复离子凝胶的研究进展并分析了其存在的问题。通过学习和总结,确立本论文的研究目标。在本论文的第二章中,我们通过喷涂蜂蜡、多壁碳纳米管(MCNTs)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的混合物溶液,制备了具有自修复性能的超疏水光热转化涂层。该涂层具有良好的光热转化能力,为太阳能驱动的高效水蒸发提供了可靠的保障。该涂层还具有良好的电热转化能力,使得该涂层可以在没有阳光的情况下也可以产生水蒸汽。超疏水性赋予该涂层自清洁的功能,使其在长期的使用过程中免受泥浆和水中微生物的污染,保障了材料功能的稳定性。当涂层的超疏水性受损时,蜂蜡中的疏水性化合物在表面能的驱使下迁移到涂层表面,实现涂层超疏水性的自修复,从而有效地延长了自修复超疏水光热转化涂层的使用寿命。此外,由于蜂蜡中疏水化合物的迁移率能力随温度升高而增加,因此通过升高温度可以提高涂层的自修复性能。得益于涂层良好的光热转化和电热转化性能,该涂层可以在工作条件下(太阳光照射或施加电压时)实现超疏水性质的快速修复。本章工作所制备的自修复超疏水光热转化涂层具有简单的制备工艺、高的成本效益,在淡水收集领域展现出良好的应用前景。在本论文的第三章中,我们在由聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成的聚合物复合物中负载1-乙基-3-甲基咪唑鎓二氰胺盐([EMIm][DCA]),制备了具有良好的机械性能、优异的离子电导率以及良好的自修复性能的离子凝胶,并探索了其在应变传感器件应用的可行性。PVA赋予了离子凝胶良好的机械性能,PVP增强了[EMIm][DCA]与聚合物网络的相容性。因而,所制备的离子凝胶可见光范围内平均透过率高达85%,断裂应力为3.27 MPa,断裂应变为803%,室温离子电导率高达11.3 mS cm-1。离子凝胶良好的弹性和抗疲劳性使其在在应变传感器领域展现出巨大的应用前景。更为重要的是,离子凝胶可以在经受较大变形或受到机械损伤后恢复其结构完整性和原始的机械性质,为材料功能的稳定性提供了可靠的保障。
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