Li-AA修饰多壁碳纳米管增强PVA复合水凝胶的制备及其热力学电性能增强研究

《Scientific Reports》：Lithium adipic acid modified multiwalled carbon nanotube reinforced PVA hydrogels with enhanced multifunctional properties

　　

摘要

基于聚乙烯醇（PVA）的水凝胶凭借其优异的生物相容性和保水能力，在柔性电子、可穿戴设备和软能量存储系统领域引起了极大关注。然而，其实际应用受到机械强度差、电气性能不足以及碳纳米管在聚合物基体中团聚的限制。为解决这些挑战，采用简单的防冻结 - 免解冻物理交联策略，成功制备了经单锂己二酸盐（Li-AA）修饰的多壁碳纳米管（m-MWCNTs）（0.025–0.125 wt%）增强的 PVA 基复合水凝胶。己二酸锂（Li-AA）的功能化有效减少了纳米管的团聚，并改善了与 PVA 基体的界面相容性，这一点已通过光学显微镜、TEM 和 SEM 分析得到证实。DSC 研究表明结晶行为增强，而 FTIR 和拉曼光谱证实了 PVA 与 m-MWCNTs 之间存在强烈的分子间氢键。流变学研究证实形成了具有较高储能模量（~2 MPa）的坚固类固态粘弹性网络，纳米压痕结果表明硬度和弹性模量显著提高。宽频介电光谱进一步揭示了增强的介电性能和受限的聚合物链迁移率。总体而言，Li-AA 功能化促进了纳米管的均匀分散、强界面相互作用和高效的网络形成，从而同时增强了 PVA 水凝胶的热学、力学和电学性能。所开发的复合水凝胶在先进柔性电子和软能量存储应用方面显示出巨大的潜力。