咪唑基聚离子液体的结构、形貌调控及其电流变性能的研究

This project intends to carry out the research on the preparation and properties of imidazolium-based poly(ionic liquids) electrorheological materials. The main idea is: under the electrorheological theory, adjusting the structure and morphologies of poly(ionic liquids), the inherent relationship between morphologies of poly(ionic liquids) and electrorheological response will be explored deeply. The main research contents include: firstly, according to the mechanism of electrorheological effect, we design the polymer backbone and anionic structures in order to regulate the interfacial polarization and conductivity of poly(ionic liquid) particles. Then, we will focus on finding the inherent relationship between the structure of poly(ionic liquids) and electrorheological effect. Secondly, the morphologies of poly(ionic liquids) will be regulated and controlled through the chemical and physical process. We will focus on the formation conditions of different morphologies. Even more importantly is the influence of different structures and morphologies of poly (ionic liquid) particles on the electrorheological and electrical properties. Finally, through controlling the test conditions (e.g. particle concentration, electric field strength, shear rate), we will get the influence factor of the properties of electrorheological fluid. The research of this project will expand the research field of poly(ionic liquids). The expected results can provide the basic theory and technical support for the application.

本项目拟开展咪唑基聚离子液体的结构形貌控制及其电流变性能测试的研究，其主要思想为：根据电流变效应的基本原理，通过调控咪唑基聚离子液体颗粒的结构及形貌，深入探究颗粒结构及形貌与电流变性能之间的内在联系。具体研究内容：首先，根据电流变效应产生的机理，从分子设计的角度出发，通过设计高分子主链，阴离子的化学结构，调节聚离子液体颗粒的界面极化率以及电导率，研究咪唑基聚离子液体结构和电流变效应的相关性及内在规律；其次，利用化学物理方法对聚离子液体表面的结构、形貌进行控制，一方面探索控制不同形貌颗粒的形成条件；另一方面对不同结构形貌的咪唑基聚离子液体颗粒的电流变性能的影响进行研究。最后，通过调节电流变液粒子浓度、电场强度、剪切速率等测试条件，考察对聚离子液体电流变性能的影响。本项目将拓展咪唑基聚离子液体的研究领域，为聚离子液体颗粒作为电流变材料的应用做好理论基础研究工作，为实际应用提供技术指导。

电流变液是一种智能软材料，由于其快速的响应时间，可逆性，和低耗电方面的优势，使得电流变液在电-机械转换设备方面备受关注，例如离合器，微流阀，减震器等。本项目开展了咪唑基聚离子液体的结构形貌控制及其电流变性能测试的研究。首先完成了不同化学结构的咪唑基聚离子液体的合成，包括聚离子液体的均聚物、与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，与离子型和非离子型交联剂的共聚物，研究了不同聚离子液体结构和电流变效应的相关性及内在规律，获得了分散性能好、抗沉降性良好，具有快速响应的聚离子液体的智能电场响应流体材料。其次，研究了离子液体与聚苯胺、二氧化钛复合材料在电流变方面的性质。探索了聚苯胺对聚离子液体的包覆条件，并完成聚苯胺包覆咪唑基聚离子液体颗粒的电流变性能的研究。此外，以二氧化钛为核，制备了离子液体及其聚合物包覆二氧化钛的核壳电流变材料，并研究了其电流变性质，通过此项研究获得了离子液体与无机材料复合作为电流变材料的制备条件。最后完成了不同粒子浓度、电场强度、剪切速率等测试条件考察对电流变液体性能的影响，同时考察了聚离子液体粒径大小对电流变性质的影响，获得了不同样品的电流变性质的最优条件，完成了聚离子液体电流变效应的机理研究。本项目发表期刊文章4篇，其中SCI检索文章3篇，EI 检索文章1篇；发表国际会议论文1篇，国内会议论文1篇；培养硕士研究生14名。本项目所开展的研究为聚离子液体颗粒及其复合材料作为电流变材料的应用进行了深入的理论基础研究，获得了性能稳定的聚离子液体电流变材料。本项目成果可为聚离子液体作为电流变材料提供基础理论与技术支撑，为相关国家自然基金的继续研究奠定了良好的基础。