理论教育 高压对离子液体凝胶的潜在影响分析

高压对离子液体凝胶的潜在影响分析

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们采用高压技术分别对PEG/[Emim][EtSO4]和PVDF-HFP/[Bmim][BF4]聚合物离子液体凝胶体系进行了制备和改性处理,得到了一些有意义的结果。这其中有两条重要的信息:一是高压对聚合物离子液体凝胶的形成有着重要影响;二是通过改变压强和温度条件,能够实现对凝胶结构和性能的有效调控。高压下离子液体凝胶的研究,将进一步加深对聚合物离子液体凝胶形成机制的认识,为高性能聚合物离子液体凝胶的设计和开发提供新的方法和理论基础。

高压对离子液体凝胶的潜在影响分析

与光、热、电等物理外场一样,压强也是一种重要的外场因素,对物质的结构和性能均有较大影响。压强作为一种有效的外场条件,最直接的结果是缩短物质中原子或分子的间距,能够使物质发生结构的变化;此外,高压还能够改变材料的晶相组成、晶粒尺寸、形貌特征等微结构,有助于获得不同于常压的结构和性质。

Zou等(1991)研究了表面活性剂溴化十六烷基三甲铵(CTAB)的胶束溶液在压力诱导下的相行为,发现压强为640 MPa时,CTAB胶束溶液发生了凝胶化转变。Mutsuo等(2008)采用高压研究了PVA水溶液的凝胶化行为,发现在超高压条件下(1.0 GPa,10 min),PVA水溶液能够转变为稳定的水凝胶,指出压强是一种调节分子间作用力和构造胶粒微结构的有效变量;研究还发现PVA水凝胶的微观形貌与浓度和压致凝胶化条件密切相关,且不同的微观形貌影响该凝胶的缓释性能。

Chang等(2014)采用高压红外技术研究了聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)与离子液体[Bmim][PF6]之间的相互作用,发现压力能够增强[Bmim]与P123之间的氢键作用,促进离子液体团簇的离解而获得更大的离子浓度。聚合物离子液体凝胶与这些材料类似,因此,在不改变凝胶组分的基础上,采用高压方法对凝胶的微结构进行调控,使离子液体在凝胶的局部区域形成富集区,构建更短的离子迁移通道,有助于获得具有更高导电性的聚合物离子液体凝胶。

我们采用高压技术分别对PEG/[Emim][EtSO4]和PVDF-HFP/[Bmim][BF4]聚合物离子液体凝胶体系进行了制备和改性处理,得到了一些有意义的结果。

(1)采用荧光探针技术原位研究了PEG/[Emim][EtSO4]的高压凝胶化过程,获得了其在300 MPa范围内的高压相图,发现该凝胶的溶胶—凝胶转变温度随着压强的增加而升高;经高压处理的PEG/[Emim][EtSO4]样品,具有致密的凝胶结构和更高的电导率。(www.daowen.com)

(2)在不同压强下对PVDF-HFP/[Bmim][BF4]样品进行了制备,发现制备压强在0.2~500MPa时,样品电导率逐渐增加,而超过500MPa时,样品电导率明显降低;凝胶中自由阳离子的含量随着压强的增加也呈现先升高、后降低的变化趋势。

这其中有两条重要的信息:一是高压对聚合物离子液体凝胶的形成有着重要影响;二是通过改变压强和温度条件,能够实现对凝胶结构和性能的有效调控。然而,由于采用高压技术对聚合物离子液体凝胶的研究才刚刚起步,高压下聚合物离子液体凝胶形成的微观机制,高压对凝胶结构和性能的影响规律及其内在联系等尚不十分清楚。

聚合物离子液体凝胶的微结构与其性能密切相关,采用不同物理外场(热、光、电等)能够实现对聚合物离子液体凝胶微结构的调控和性能的优化。作为一种重要的外场因素,高压能够有效地调节分子间的相互作用。在前期对聚合物离子液体凝胶进行制备和改性研究的基础上,我们采用高压方法原位研究聚合物离子液体凝胶的形成过程和微观机制;应用高温高压技术对聚合物离子液体凝胶的微结构进行调控,实现对凝胶性能的优化。高压下离子液体凝胶的研究,将进一步加深对聚合物离子液体凝胶形成机制的认识,为高性能聚合物离子液体凝胶的设计和开发提供新的方法和理论基础。

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