项目名称: 湿度响应高强度聚合物的设计及其能量收集转换性能的研究

项目编号: No.21474094

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 马明明

作者单位: 中国科学技术大学

项目金额: 85万元

中文摘要: 在化学刺激下发生可逆形变的聚合物是目前功能高分子领域的研究热点。现有的工作集中在凝胶体系,而凝胶难以同时具有快速响应性和良好的力学性能。在前期工作中,我们设计制备了一种具有聚吡咯和多元醇硼酸酯动态网络结构的高强度柔性薄膜材料。该薄膜对水分的快速吸收和释放导致其快速卷曲和舒张,从而将环境水分蒸发产生的湿度梯度(化学势)部分转化为薄膜运动的机械能。通过与压电PVDF材料的复合,我们制备出以室温水分蒸发为能源的微型聚合物发电机,输出电压可达1伏。在此基础上,我们拟深入研究这一类具有动态网络结构的湿度响应材料,通过系统的改变材料的化学组成和调控其微观结构,建立宏观湿度响应性能与化学组成和微观结构间的联系。以此为指导,我们将进一步优化材料的湿度响应性能和力学性能,改进其与压电材料的复合方式,力求大幅度提高该微型发电机的能量收集转换效率和输出功率,为探索其在可再生能源和微电子器件等领域的应用奠定基础。

中文关键词: 刺激响应;智能高分子;形状记忆聚合物;共轭聚合物;超分子自组装

英文摘要: Chemical-stimuli-responsive polymer that can perform reversible deformation is currently under intensive research in the functional polymer field. Most of work has been devoted to hydrogel systems, which hardly obtain both fast responsibility and high mechanical properties.We have designed and fabricated a strong and flexible polymer film, which is consisted of a dynamic network between by polypyrrole and polyol-borate.This film exchanges water quickly with the environment, which causes film fast expansion and contraction. The moisture gradient generated by water evaporation contains free energy, which is harvested and partially converted into mechanical energy of the film motion.We have assembled a polymer mini-generator by associating this film with a piezoelectric PVDF element. Driven by moisture gradients at room temperature, this mini-generator outputs alternating electricity with a peak voltage of 1.0 volt. Based on these findings, we plan to continue our exploration on this type of moisture-resoponsive polymer. By systemically changing its chemical composition and controlling its micro-structure, we will estabish the relations between the material's macroscopic moisture-responsibility and its chemical composition and micro-structure. With these relations, we will optimize the material's moisture-responsibility and mechanical properties. We will also improve the method by which the films associate with piezoelectric PVDF elements, aiming to significantly improve the efficiency and power output of the mini-generator. This research will pave the way for potential applications of these polymer generators in renewable energy and microelectronics.

英文关键词: Stimuli-reponsive;Smart polymers;Shape-memory polymers;Conjugated polymers;Supramolecular self-assembly

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形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer,简称SMPs),又称为形状记忆高分子,是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初始条件并固定后,通过外界条件(如热、 电、光、化学感应等)的刺激又可恢复其初始形状的高分子材料。SMP根据其回复原理可分为:热致型SMPs、电致型SMPs、光致型SMPs、化学感应型SMPs等 。
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