聚硅氧烷基自修复离子凝胶的制备与性能

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离子凝胶是一类将离子液体固定在固体三维网络中的新颖的杂化材料,近年来受到人们极大的关注。然而,作为柔性器件的电解质,离子凝胶在实际使用过程中不可避免地会因产生复杂的变形而导致其结构的破裂和损坏。同时随着科技进一步发展,制备能够满足严苛环境(如低温)要求的电化学器件正逐渐受到人们的关注,这对于离子凝胶的性能有了更高的要求。为同时解决上述问题,本论文选用聚硅氧烷作为离子凝胶的聚合物基体,构建聚硅氧烷基自修复离子凝胶体系。首先,以侧氨基聚硅氧烷为基体,1,3,5-均苯三甲醛作交联剂,成功制备了基于可逆共价键(亚胺键)交联的聚硅氧烷基自修复离子凝胶。实验结果表明,当体系中醛基和氨基的比例达到15 mol%时,最适合用于制备离子凝胶。在这种情况下,所制备的离子凝胶具有较好的机械性能,其最大应力可达到26.1 kPa,应变超过1000%。同时离子凝胶具有优异的室温自修复性能,受损样品的断口可在12 h之内愈合,并且修复后样品的最大应力可达到原始样品的90%以上。最后当凝胶中离子液体含量达到40 wt%时,其离子电导率可达0.21 mS cm-1。随后,为进一步探究和改善聚硅氧烷离子凝胶的性能,本论文以离子液体为反应介质,通过胺烯加成反应将N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵接枝到侧氨基聚硅氧烷侧链上,同时在鞣酸的协助下制得具有离子聚集体和多重氢键共同作用的非共价双交联网络的自修复离子凝胶。实验结果表明,该离子凝胶室温离子电导率高达1.19 mS cm-1,基于拉伸强度的自修复效率可达80%以上。同时,在保证高的离子电导率和优异的自修复性能的基础上,该离子凝胶还拥有良好的机械性能和回复性能,可在外力撤去的瞬间恢复到原始尺寸。更重要的是,这些优异的性能在低温下也能很好地保持,在-5°C下离子电导率仍能达到0.36mS cm-1;在-20°C下依旧拥有优异的弹性和回复性能等。
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