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山東大學(xué)王旭教授課題組 《Macromolecules》:光介導(dǎo)合成多功能干式離子傳導(dǎo)刷狀聚合物網(wǎng)絡(luò)
2022-11-03  來源:高分子科技

  離子導(dǎo)體有助于生物和非生物之間的信號交換,因此能夠應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。離子導(dǎo)電凝膠存在液體揮發(fā)或泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下,干式離子導(dǎo)電彈性體由于其無溶劑的特點(diǎn),因而在軟離子電子器件應(yīng)用中顯示出了很高的可靠性。最近的研究表明,刷狀結(jié)構(gòu)可以有效地減少結(jié)構(gòu)弛豫時(shí)間,使刷狀聚合物具有集中的電荷載體和高鏈遷移率,從而賦予材料以良好的離子導(dǎo)電性和機(jī)械柔韌性。光介導(dǎo)合成是一種簡單有效的聚合物合成方法,其在非導(dǎo)電刷狀聚合物彈性體制備方面已顯示出良好的應(yīng)用前景,但在合成離子傳導(dǎo)刷狀聚合物方面的應(yīng)用仍有待探索。


  近期,山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院國家膠體材料工程技術(shù)研究中心王旭教授課題組連續(xù)報(bào)道了凝膠材料在觸摸屏和水下?lián)p傷自報(bào)警方面的應(yīng)用(CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.31022.202101536;Mater. Horiz2022, 9, 2128-2137),但是這些離子導(dǎo)電凝膠存在液體揮發(fā)或泄露的風(fēng)險(xiǎn)。為了解決上述問題,該課題組設(shè)計(jì)合成了一種離子導(dǎo)電動態(tài)刷狀聚合物網(wǎng)絡(luò)(DICDBNs。刷狀結(jié)構(gòu)的存在降低了高分子鏈纏結(jié),提高干式離子導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。在雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)存在下,DICDBNsα-硫辛酸接枝的聚(乙二醇)(PEG-LA通過光誘導(dǎo)開環(huán)聚合得到(圖1a)。該合成方法簡單可靠,不需要添加劑或脫氧等額外操作。此外,DICDBNs展現(xiàn)出良好的透過率,并可根據(jù)模板對合成刷狀網(wǎng)絡(luò)的形狀進(jìn)行定制(圖1b,c

 


1.DICDBNs合成示意圖及性質(zhì)


  所合成的DICDBNs顯示出諸多性能(圖2。作者將DICDBNs粘附于不同種類的金屬上放置一個月,結(jié)果展示了DICDBNsSn、Fe、Al、Zn、Cu等五種金屬均沒有腐蝕性(圖2a)。作者對合成的DICDBNs進(jìn)行垂直阻燃測試實(shí)驗(yàn)(圖2b Ⅳ),結(jié)果展示了樣品在點(diǎn)燃后迅速熄滅,表明材料具有良好的阻燃性。降解實(shí)驗(yàn)表明,室溫下DICDBNs硼氫化鈉溶液中25分鐘內(nèi)完全降解(圖2c)。力學(xué)性能顯示,DICDBNs在經(jīng)歷100次循環(huán)拉伸仍保有初始韌性83.3%(圖2d,e)。作者展示DICDBNs能夠穩(wěn)定地粘附在13種不同材料的表面(圖2f),并且定量評估了9種不同基材上的粘合強(qiáng)度。作者研究DICDBNs的自修復(fù)性能,在切斷處紫外照射8小時(shí)后愈合效率達(dá)到90.5%(圖2e)。此外,所合成的DICDBNs也能夠應(yīng)用于應(yīng)變傳感器和溫度傳感器領(lǐng)域(圖3)。 



2. DICDBNs的性能 



3. DICDBNs基應(yīng)變傳感器與溫度傳感器


  綜上,王旭教授課題組通過一步光介導(dǎo)法合成了含有動態(tài)二硫鍵骨架的DICDBNs,該制備方法不僅方便快捷,還能將多種功能集成于一體。材料具有高透明度與良好的阻燃性,其在各種有機(jī)和無機(jī)材料表面顯示出高的附著力,材料還具有出色的柔韌性和機(jī)械耐久性、優(yōu)異的離子電導(dǎo)率以及自愈合和降解能力。該方法有望被用于制備各種功能高分子材料。該工作以“Versatile Light-Mediated Synthesis of Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks with High Elasticity, Interfacial Adhesiveness, and Flame Retardancy”為題發(fā)表在《Macromolecules》上。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


  論文信息:

  Versatile Light-Mediated Synthesis of Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks with High Elasticity, Interfacial Adhesiveness, and Flame Retardancy

  Yu Tan, Huan Chen, Wenbing Kang, and Xu Wang*

  Cite this by doi: 10.1021/acs.macromol.2c01234

  文章鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01234

  王旭課題組主頁:http://cis.sdu.edu.cn/wang_lab/cn/index.htm

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