文献综述
- PEDOT水凝胶的介绍
水凝胶是一类含有亲水基团能在水中溶胀而不溶解的具有三维网络结构的高分子聚合物，是一种特殊的软湿性材料。水凝胶具有很高的吸水能力，能够吸收自身几十倍甚至几千倍的水，同时具有很好的保水能力，即使在外界压力下水分也不流失，因而广泛应用于各种领域。在外界环境发生变化时，（如温度，酸碱度，电场，溶剂性质，光强度，压力，离子强度等）凝胶性质会随之发生相应的变化，这种水凝胶由于其性质变化的特点在药物控制释放，组织工程，生物传感器，生物反应器，人工智能材料等方面具有广阔的应用前景，而水凝胶的制备是决定水凝胶性质及应用的关键因素。
导电高分子(Conductive Polymer)也可称为导电聚合物，既具有明显的聚合物的特性也具有导电体的特性，结合两种特性的材料称为导电高分子材料[1,2]。导电聚合物由于其独特的共轭链结构和优异的性能而引起了极大的关注。在实际应用中，导电聚合物经常被制成各种纳米结构，柔性薄膜，或者3D整体材料[3,4]。其中 PEDOT导电高分子材料由于其优异的电性能和电化学活性，成为当前导电高分子应用研究领域的热点之一。聚(3，4－乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是将噻吩结构中3位和4位同时被2个甲氧基取代，然后连接两个甲基形成一个二氧六环，之后和噻吩环相连形成二氧乙烯噻吩(EDOT)，对应的聚合物就是PEDOT。
聚3，4-乙基二氧噻吩(PEDOT)[5]是一种重要的共轭导电聚合物，目前正被广泛应用于抗静电、防腐，采购产品，超级电容器，电池，人工肌肉，显示设备和生物传感器等领域。近年来，具有特殊和复杂形态的高分子材料引起了人们的广泛关注，也引起了许多化学方法的关注，报道了PEDOT纳米材料的合成方法，包括“硬模板法”和无模板法。
PEDOT这种不寻常的聚合物材料，可以被认为是一种作为制造微/纳米器件和传感器的基本材料，如由纳米管或棒组成的PEDOT薄膜已被开发用于安培生物传感器的应用。最近，还制备了以胶原蛋白或三磷酸腺苷为掺杂剂的生物功能PEDOT薄膜，这些膜的表面微结构良好，无人操控。由于PEDOT膜是该功能材料的主要应用形式之一，因此对膜表面控制的研究具有重要的意义。电化学聚合是一种有效的制备PEDOT的方法，它的单体3，4-乙基二氧噻吩(EDOT)电氧化，一般在其表面生成一层膜。阳极电聚合既可以在有机溶液中进行，也可以在水溶液中进行。由于EDOT在室温下在水中的溶解度低，以前对PEDOT电聚合的研究通常在有机溶液中进行，其中乙腈经常用作溶剂。由于有机溶剂是与水相比，对健康有害并且不经济，最近在PEDOT薄膜在水溶液中的电聚合研究中越来越受关注。这是一种以电极电位作为聚合反应的引发力和驱动力，在电极表面直接沉积PEDOT聚合物薄膜的方法。虽然此方法所需设备复杂，不适合制取数量较多、面积较大的薄膜。但其可以通过控制聚合电量和电流控制聚合速率获得高质量PEDOT薄膜。
2.PEDOT水凝胶的制备方法
随着柔性可穿戴电子设备越来越成为超级电容器的市场化方向，理想的电极材料不仅仅需要拥有优异的电化学性能，还要具备可伸展性和可压缩性能。导电聚合物水凝胶因其独特的共轭链结构和三维网络状结构，可同时满足电极材料对于电学性能和机械性能相结合的需求。不但如此，导电聚合物水凝胶已经被广泛应用于药物释放、生物传感器等领域[6]。
目前，已经有许多基于导电聚合物PEDOT: PSS基水凝胶的报道。其中，制备PEDOT: PSS基水凝胶的方法主要有化学交联法和物理交联法。化学交联制备PEDOT: PSS基水凝胶的方法又可分为以下几类：(1) 先利用PEDOT: PSS胶体制备薄膜，再利用多价阳离子的水溶液处理，促使薄膜材料凝胶化[7,8]。但是，这种方法制得的薄膜在水溶液中容易破碎，难以被用来大批量的生产。（2）利用多价阳离子和高分子链的超分子自组装[9]，一步法制备了具有三维宏观尺寸的PEDOT: PSS水凝胶。在静置的反应条件下，利用多价阳离子同时作为聚合氧化剂和离子交联剂，促使凝胶化过程和聚合过程同时发生。戴[10]等通过在聚苯乙烯磺酸钠（NaPSS）和3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）单体的混合溶液中加入Fe(NO3)3, Fe3 可以促进PEDOT: PSS水凝胶的成功制备，冻干压片后导电率为430 S m-1。制备的凝胶具有三维网络状结构。压缩断裂强度高达3.3 MPa, 断裂应变超过90%。（3）利用高离子强度的液体与PEDOT: PSS溶液混合，促使PEDOT: PSS悬浮液凝胶化。Vivian等[11]将4-（3-丁基-1-咪唑基）-1-丁磺酸三氟甲磺酸酯溶液和PEDOT: PSS溶液混合，制备出PEDOT: PSS凝胶。物理交联法制备PEDOT: PSS水凝胶的报道较少，但最近姚等[12]发现一种新颖的方法，直接将PEDOT: PSS分散液通过酸处理和热处理，制备获得了高导电率的水凝胶。电导率达到880 S m-1，压缩断裂强度达到380 kPa，压缩应变为60%。
十多年来针对PEDOT: PSS水凝胶的研究在不断增加，已经有越来越多的关于PEDOT: PSS水凝胶制备和应用的高水平文章出现，而且它们的制备方法也越来越新颖，应用领域也在不断扩大。同时，PEDOT: PSS基水凝胶作为超级电容器电极材料具有很大的优势和潜力。
未来的研究应该主要集中在进一步寻找更加新颖简便的方法来制备凝胶基底，以及将PEDOT: PSS凝胶与其它功能材料进行进一步地复合，如碳材料、金属氧化物、功能高分子等。由于现在PEDOT: PSS分散液已经成功商业化，易于获得，成本低，相信将其制备成凝胶材料，会在超级电容器领域取得更大的应用。
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