可拉伸、有弹性、高导电材料的制备研究

可拉伸、有弹性、高导电材料是柔性电子技术的前提和基础。本项目拟使用含反应性基团的离子液体为相容剂，制备基于碳纳米管和高分子弹性体的可拉伸、有弹性、高导电纳米复合材料。含反应性基团的离子液体一方面通过阳离子-π强相互作用包覆在碳纳米管表面，另一方面与弹性体中的反应基团发生化学反应。该制备工艺能促进碳纳米管在基体中均一分散、增强碳纳米管与高分子基体间的界面强度、提高碳纳米管的填充率，从而实现复合材料中弹性基体提供拉伸性能和回弹性，碳纳米管提供导电性的目的。由于离子液体与弹性体基体之间的化学键合作用，可有效防止小分子离子液体在复合材料中的迁移渗出现象，确保材料结构性能的稳定性。这一新思路无需对碳纳米管进行化学处理，不损坏碳纳米管本身的结构，适用多种含反应性基团的热塑性弹性体或未硫化橡胶，是制备碳纳米管分散均匀、填充率高、界面好的柔性导电材料的有效手段，具有重要的学术意义和工业应用前景。

利用含反应性羟基基团的离子液体包覆碳纳米管，分别选择不同的聚合物基体，包括SEBS，PMMA，PVDF，PU，4个不同的体系。制备出碳纳米管分散均匀，导电性优良，具有良好弹性的纳米复合材料。系统研究离子液体对碳纳米管在聚合物基体中的分散行为、探索反应条件以及对复合材料材料性能的影响。结果表明：离子液体一方面以强的物理作用力吸附在碳纳米管表面，另一方面与聚合物基体之间通过化学反应键合。不但能显著提高碳纳米管的分散性，在聚合物基体中形成碳纳米管的有效导电网络，实现复合材料的高导电性；而且能增强聚合物和碳管间界面作用力，起到聚合物和碳管间界面相容剂的作用，增强复合材料的力学性能。同时，离子液体的存在能大幅度提高复合材料的导电性能。.在制备高导电、有弹性材料，实现本项目预定的研究目标之外，我们发现离子液体本身对不同聚合物体系均有典型的作用和影响，对其进行了系统、科学的研究表征，并发表SCI收录论文，这也是本项目的重大发现：1）利用高分辨透射电子显微镜，研究了离子液体对SEBS微观相分离结构的影响；2）离子液体对PMMA聚合物本身具有多重作用 ：a）离子液体作塑化剂，提高PMMA的柔性降低其脆性。b）离子液体优化PMMA的加工性能，降低其高温熔融粘度。c）离子液体作为导电掺杂剂，提高PMMA的导电性能；3）离子液体对PVDF基体的结晶相行为有显著影响：由非极性的α晶型转变为极性的γ晶型。γ晶型的PVDF在压电材料中有着突出的优势，而通常情况下PVDF以非极性的α晶型存在，要获得高转化率的γ晶型的PVDF此前还未有简单、有效的科技手段。通过系统研究，我们获得简单添加少量离子液体，就能控制α晶型转化为γ晶型PVDF的方法和条件。另外，离子液体的加入，赋予PVDF材料优异的永久抗静电性能，材料的断裂伸长率提高2.7倍，并具有优异的透明性。4）利用反应性离子液体作为扩链剂，与聚氨酯、环氧树脂反应，制备新型固态离子导电聚合物，通过反应条件的调控，已经制备出具备自支撑性能、良好的离子导电性能的新型聚合物材料，后续研究拟将其应用于二次电池固体电解质。