线形-树枝状嵌段共聚物离子凝胶的结构、导电性与流变行为研究

Ion-gels, as an ideal gel polymer electrolyte, have wide application prospects and important scientific research value. How to prepare excellent comprehensive performance of high conductivity ion-gels is the key problem. Linear-dendritic block copolymers (LDBCs) have the advantages of rich self-assembly structures and unique solvent carrying capacity, which make it have important application prospect in the field of electrolyte. This project will prepare a novel ion-gel combining LDBCs and ionic liquid together, controlling the gel process and self-assembly structures by adjusting the chain architectures, categories of ionic liquid and temperature. The relationship between chain topology structure, gel microstructure and the ionic conductivity will be studied, and the ion migration mechanism in different self-assembly structures will be clarified. The essence is to study the influence of polymer structure and categories of ionic liquid on the gelation by using dynamic rheological method, giving the viscoelastic response law of the process of ion-gels formation and structural transformation, thus, it can be unveiled the microscopic mechanism under macroscopic rheological properties. The research of findings of this project will provide experimental foundation and theoretical basis for structure control and performance optimization of ion-gels.

离子凝胶是一种理想的凝胶聚合物电解质材料，具有广阔的应用前景和重要的科研价值。如何制备综合性能优异的高导电率离子凝胶是需要解决的关键科学问题。线形-树枝状嵌段共聚物(LDBCs)丰富的自组装结构和独特携带溶剂能力的优势使其在电解质领域具有重要的应用前景。本项目采用LDBCs和离子液体制备新型离子凝胶，通过调节高分子链拓扑结构、离子液体种类、温度等因素，调控凝胶化过程和凝胶自组装结构。研究离子凝胶的宏观导电性能与共聚物拓扑结构、凝胶微观结构的关系，阐明离子在不同自组装结构中的迁移机理，得到具有高离子电导率的离子凝胶及其机理模型；重点通过动态流变学方法来研究共聚物结构、离子液体种类对离子凝胶化的影响，得出不同离子凝胶形成和结构转变过程中的粘弹性响应规律，深入探索离子凝胶宏观流变性质的微观机理。本项目研究成果将为离子凝胶的结构调控和性能优化提供实验基础和理论依据。

离子凝胶作为一种理想的凝胶聚合物电解质材料，具有广阔的应用前景和重要的科研价值。如何制备兼具高离子导电率和高模量的离子凝胶是需要解决的关键科学问题。本项研究按照原计划书设计理念，合成了线形-树枝状嵌段共聚物（PAMAM-PEG-PAMAM），并通过物理混合成功制备了高性能线形-树枝状嵌段共聚物基离子凝胶。用TEM、SAXS、SEM、XRD、流变等测试手段，研究了其相结构、流变性能和电化学性能，分析了离子凝胶的特殊导电机理。流变学结果表明，离子凝胶的模量和相转变温度随中间段PEG分子量和端基PAMAM代数的增加而增加。电化学性能测试结果表明，嵌段共聚物中PAMAM的支化结构和空腔使得离子凝胶具有很高的离子电导率，达到10-3S/cm数量级。离子凝胶还具有良好的热稳定性能，分解温度都高于200 oC。此外，利用Debus-Radziszewski 反应成功原位制备了具有咪唑环交联点的离子凝胶，该离子凝胶具有非常高的室温电导率（10-3-10-2 S/cm）和较高的模量（104-105Pa）。该项目对基于高导电率、高模量离子凝胶的理论和应用研究提供了重要的参考价值。受本项目基金资助，部分研究结果已发表高水平研究论文6篇，已培养硕士研究生3名。