这篇文档属于类型a，是一篇关于PVA/CHCl深共晶共混体系及其柔性传感应用的原创性研究论文。以下是详细的学术报告：
作者及机构
该研究由郑乐天（杭州师范大学材料与化学化工学院）完成，指导教师为王莲副教授和李勇进教授。论文提交于2023年4月，是杭州师范大学的硕士学位论文，专业为化学工程，研究方向为功能高分子设计与应用。
学术背景
研究领域与动机
研究属于柔性导电聚合物复合材料（Flexible Conductive Polymer Composites, FCPCs）领域，重点关注深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）在柔性传感器中的应用。传统离子液体（Ionic Liquids, ILs）虽具有高导电性，但成本高、毒性大且难降解；而深共晶溶剂（DES）作为ILs的类似物，具有低成本、生物相容性好、宽温域导电性等优势。然而，传统可聚合深共晶溶剂（Polymerizable DES, PDES）需先形成DES再聚合，工艺复杂且成本高。因此，本研究提出直接以商业化聚乙烯醇（PVA）为氢键供体（HBD）、氯化胆碱（CHCl）为氢键受体（HBA），通过一步溶液共混制备深共晶聚合物共混物（Deep Eutectic Polymer, DEP），并探索其在柔性传感器中的应用。
研究目标
- 开发一种简单、可规模化生产的PVA/CHCl DEP共混体系；
- 研究共混物的相容性、分子相互作用及结晶行为；
- 评估其作为电阻式传感器和摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）的性能。
研究流程与实验方法
1. PVA/CHCl DEP共混物的制备与表征
- 制备方法：将PVA与CHCl按不同比例（如CHCl负载量为10%、20%、30%）溶于超纯水，通过磁力搅拌和真空干燥成膜。
- 表征技术：
- 热行为分析：差示扫描量热法（DSC）测定玻璃化转变温度（Tg）和熔融温度（Tm），验证共晶形成。
- 结构分析：傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）研究氢键相互作用及结晶抑制效应。
- 力学性能：万能材料试验机测试拉伸强度、模量和断裂伸长率。
- 电学性能：四探针法测量电阻率。
2. 电阻式传感器的性能研究
- 传感器构建：以PVA/CHCl薄膜为传感层，通过电极连接测试电路。
- 测试内容：
- 应变传感：监测5%-200%应变范围内的电阻变化，记录响应时间（150 ms）和循环稳定性（200次循环）。
- 温湿度传感：利用CHCl电离的离子对温湿度的响应特性，测试传感器在25–60°C和30–90%相对湿度下的信号输出。
3. 摩擦纳米发电机（TENG）的组装与性能
- 器件设计：以PVA/CHCl为正摩擦层，聚四氟乙烯（PTFE）为负摩擦层，通过接触-分离模式发电。
- 性能优化：研究CHCl含量对介电常数和输出电压的影响，最终选择PVA/CHCl-20%作为最优配方。
- 应用测试：用于人体运动监测（如手指弯曲、行走）和自供电手写识别系统。
主要结果
DEP共混物的形成与性能
- DSC显示PVA/CHCl的Tm显著降低，证实共晶形成；XRD表明CHCl抑制PVA结晶，提升柔性（断裂伸长率460%，模量70 MPa）。
- FTIR和DFT计算揭示PVA的羟基与CHCl的氯离子形成强氢键，是共晶稳定的关键。
电阻式传感器的多响应性
- 应变传感：灵敏度高（GF=2.1），响应快（150 ms），循环稳定性优异。
- 温湿度传感：电阻随温度升高而下降（线性相关系数R²=0.98），湿度响应灵敏度达0.15%/RH%。
TENG的输出性能
- PVA/CHCl-20%的介电常数提升至15.6，开路电压达120 V，功率密度为3.2 W/m²。
- 自供电传感器可实时监测关节运动，并识别手写轨迹。
结论与价值
科学价值
- 首次提出以商业化PVA直接与CHCl共混形成DEP，简化了传统PDES的合成工艺，为深共晶材料设计提供新思路。
- 揭示了PVA/CHCl的氢键作用机制及结晶抑制效应，丰富了聚合物共混理论。
应用价值
- 多功能传感：单一材料同时实现应变、温度、湿度检测，适用于可穿戴电子和电子皮肤。
- 自供电系统：TENG设计为无源传感器提供能源解决方案，有望用于物联网和健康监测。
研究亮点
- 方法创新：一步溶液共混法替代传统PDES聚合工艺，成本低且易规模化。
- 性能突破：PVA/CHCl兼具高透明性（透光率>85%）、柔性和导电性，优于传统填充型FCPCs。
- 多场景应用：从电阻式传感拓展至TENG，拓宽了DEP材料的应用边界。
其他价值
论文还探讨了PVA/CHCl的可回收性，通过溶解-再成膜实现材料循环利用，符合可持续发展理念。