天津大学研发不同反离子聚离子液体的自修复材料

必发365登录入口2017年11月20日讯  近日,天津大学李悦生教授课题组利用Grubbs第三代催化剂(G3)采用开环易位聚合制备了一系列新型的不同反离子的聚离子液体用于自修复材料。

自修复性是生物组织的一个重要的特征,如皮肤、肌肉和骨骼等。科学家们一直致力于将这种受到生物启发的修复理念引入到合成材料中。其中,基于离子键的超分子作用相比于氢键、π-π键具有较大的结合能和较高稳定性等优点,在自修复材料发展进程中占有越来越重要的地位。在聚合物基体(matrix)中离子基团可聚集形成多重态或离子簇的结构,为材料提供了分子间结合能和动态性。当材料受到破坏时离子簇可在较短松弛时间内发生重组,实现修复。聚离子液体是一种新型的聚电解质,它的每个重复单元上均具有离子基团,因此在聚离子液体体系中动态的离子聚集具有潜在的自修复功能。

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图1. 不同反离子的聚离子液体的合成

研究表明,聚离子液体体系中存在着离子聚集,起到物理交联点的作用,赋予材料自修复性能。并且,离子聚集程度受到反离子的影响。离子尺寸的减少使得离子聚集变的紧实,反离子与咪唑盐阳离子的作用力增强,链段的自由体积下降,Tg增加,机械强度提高。

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图2. X-射线衍射测试聚离子液体中的离子聚集情况。

为了调控聚离子液体的机械性能和自修复性能,该团队将两种不同Tg的聚离子液体进行共聚,得到了均一的共混体系。改变共混比例和反离子,可以系统的调节体系的机械和修复性能。

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图3. 聚离子液体共混物的机械性能。

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图4. 聚离子液体的修复和修复示意图。

该工作为制备具有良好机械性能和修复性能的新型聚离子液体自修复材料开拓了新的思路。目前,该工作被评为背底封面文章发表在J. Mater. Chem. A上,题为“Novel imidazolium-based poly(ionic liquid)s with different counterions for self-healing”,第一作者为崔静博士。

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