多重网络导电聚合物复合水凝胶的可控制备及其自修复超级电容器电极材料研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875033
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0505.复合与杂化材料化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Flexible and wearable energy storage devices are easily scratched or damaged in the practical applications, resulting in problems including device failures and electrolyte leakages. These problems have become the bottlenecks for developing flexible and wearable energy storage devices. Inspired by the self-healing behaviors of living organisms in nature, this project intends to utilize the free-radical crosslinking copolymerization for the preparation of multiply-crosslinked polymer hydrogels, which can be used as the substrate for the sequent growth of conducting polymers with specific chain structures and controllable morphologies. The resultant conducting polymer composite hydrogels are expected to show self-healing properties by an efficient combination of conducting polymers with self-healing polymer hydrogel substrates. On one hand, the self-healing properties of polymer hydrogel substrates can be easily controlled by tailoring the multiply-crosslinked networks and their crosslinking density. On the other hand, the intrinsic self-healing properties of conducting polymers themselves can be designed by tailoring the interactions between the electrochemical and self-healing functional units in the chain structures of conducting polymers. New ideas and new methods for realizing the self-healing function-oriented structural design and controllable preparation of conducting polymer composite hydrogels will be provided. In addition, the relationship between structures, functional units and self-healing/electrochemical properties of the conducting polymer composite hydrogels and its regulation mechanism will be also revealed. Through the implementation of this project, it is expected to provide useful insights and database for the applications of new-type self-healing electrodes for flexible and wearable energy storage devices.
柔性可穿戴储能器件在实际应用中容易被划伤或损坏从而导致器件的失效以及电解液的泄露等问题,成为严重制约柔性可穿戴储能设备发展的瓶颈。受自然界中生物体自修复现象的启发,本项目提出自由基交联共聚制备具有多重交联网络的聚合物凝胶基体,设计合成具有特定侧链结构和可控形貌的导电聚合物,实现其与聚合物凝胶基体的高效复合,获得具有自修复性的导电聚合物复合凝胶电极材料。一方面通过调控聚合物凝胶基体的多重交联网络类型和交联密度提升复合凝胶材料的自修复性能,另一方面通过设计调控导电聚合物链结构中电化学和自修复功能单元间的相互作用进而赋予导电聚合物本征自修复性,为实现自修复导电聚合物复合凝胶材料的结构设计和可控制备提供新思路与新方法。揭示导电聚合物复合凝胶材料的组成-结构调控-自修复性/电化学性能之间的关系规律和调控机制,为其作为新型自修复电极材料在柔性可穿戴储能器件中的应用提供有益借鉴。

结项摘要

柔性超级电容器在现实应用中由于反复磨损和意外切割或刮伤造成机械损伤,进而导致器件性能大幅衰减甚至失效,已成为制约未来柔性超级电容器发展的瓶颈问题。作为超级电容器的核心组成,发展具有自修复性能的柔性超级电容器电极材料对于提高其可靠性和使用寿命至关重要。然而,目前自修复超级电容器电极材料普遍存在器件能量密度偏低、高自修复效率和高力学弹性难以兼顾等关键问题,限制了其广泛应用。本项目围绕导电聚合物复合水凝胶开展了系统研究工作,以多重网络聚合物凝胶作为自修复基体,实现其与导电聚合物的高效复合和界面调控,获得了兼具高力学弹性和自修复性的高性能导电聚合物复合水凝胶电极材料。本项目取得的主要研究结果如下:(1)发展了构筑分级响应网络的新策略,建立了简单高效制备自修复聚合物复合水凝胶的新方法;(2)提出了冷冻聚合构筑导电聚合物复合水凝胶的新策略,获得了高力学弹性和可自修复的新型导电聚合物复合水凝胶材料,拓展了其作为耐复杂形变和可自修复的高能量密度电极材料在柔性超级电容器中的应用;(3)基于自修复导电聚合物复合水凝胶材料构建了高性能自修复柔性超级电容器,揭示了自修复导电聚合物复合水凝胶的多层次结构与其自修复/电化学性能的关系规律。通过本项目的实施,发展了自修复导电聚合物复合水凝胶的可控构筑新方法,获得了耐复杂形变、可自主修复的新型导电聚合物复合水凝胶电极材料,为研制高性能自修复导电聚合物复合水凝胶电极材料及其在自修复柔性超级电容器等领域中的应用奠定了科学与实验基础。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Direct-Ink-Write 3D Printing of Programmable Micro-Supercapacitors from MXene-Regulating Conducting Polymer Inks
使用 MXene 调节导电聚合物墨水直接墨水写入 3D 打印可编程微型超级电容器
  • DOI:
    10.1002/aenm.202203683
  • 发表时间:
    2023-01-12
  • 期刊:
    ADVANCED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Li, Le;Meng, Jian;Liu, Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu, Tianxi
Highly Stretchable, Ultra‐Soft, and Fast Self‐Healable Conductive Hydrogels Based on Polyaniline Nanoparticles for Sensitive Flexible Sensors
用于敏感柔性传感器的基于聚苯胺纳米颗粒的高拉伸性、超柔软且快速自修复的导电水凝胶
  • DOI:
    10.1002/adfm.202204366
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Xiaohui Yu;Haopeng Zhang;Yufei Wang;Xiaoshan Fan;Zibiao Li;Xu Zhang;Tianxi Liu
  • 通讯作者:
    Tianxi Liu
Highly Stretchable, Fast Self-Healing, and Waterproof Fluorinated Copolymer Ionogels with Selectively Enriched Ionic Liquids for Human-Motion Detection
用于人体运动检测的具有选择性富集离子液体的高拉伸、快速自愈、防水氟化共聚物离子凝胶
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c16081
  • 发表时间:
    2021-10-11
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Shi, Peiru;Wang, Yufeng;Liu, Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu, Tianxi
Cryopolymerization-enabled self-wrinkled polyaniline-based hydrogels for highly stretchable all-in-one supercapacitors.
基于冷冻聚合的自皱聚苯胺水凝胶可用于高度可拉伸的一体式超级电容器
  • DOI:
    10.1002/exp.20220006
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Exploration (Beijing, China)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Song, Hui;Wang, Yufeng;Fei, Qingyang;Nguyen, Dai Hai;Zhang, Chao;Liu, Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu, Tianxi
Stretchable and self-healing polyvinyl alcohol/cellulose nanofiber nanocomposite hydrogels for strain sensors with high sensitivity and linearity
用于高灵敏度和线性应变传感器的可拉伸和自修复聚乙烯醇/纤维素纳米纤维纳米复合水凝胶
  • DOI:
    10.1016/j.coco.2021.100677
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Composites Communications
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Kaiwen Xu;Yufeng Wang;Bing Zhang;Chao Zhang;Tianxi Liu
  • 通讯作者:
    Tianxi Liu

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含氟聚合物修饰碳纳米管及其聚氨酯复合疏水膜的研究
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  • 作者:
    刘天西;郭述忠;张超;汪伟志
  • 通讯作者:
    汪伟志
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  • 发表时间:
    2010-10
  • 期刊:
    Journal of Macromolecular Science, Part B Physics
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    M Wu
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
    俞大海;王波;刘天西
  • 通讯作者:
    刘天西
Fabrication and Characterization of Ultrathin Graphene Oxide/Poly(Vinyl Alcohol) Composite Films via Layer-by-Layer Assembly
逐层组装超薄氧化石墨烯/聚(乙烯醇)复合薄膜的制备和表征
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    10.1080/00222348.2010.497694
  • 发表时间:
    2011-05
  • 期刊:
    J Macromol Sci Part B Phys
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  • 作者:
    Xiaoyan Wang;刘天西
  • 通讯作者:
    刘天西

其他文献

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具有多级孔结构的聚合物基纳米复合气凝胶的可控构筑及其隔热阻燃性能研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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