PAMAM樹(shù)枝狀大分子基離子凝膠的制備與性能.pdf

1、將離子凝膠替代傳統(tǒng)的凝膠聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于新型聚合物鋰電池、柔性超級(jí)電容器等是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但是目前聚合物基體局限于含有結(jié)晶性的線形高分子均聚物/共聚物，離子遷移困難，且功能基團(tuán)少，很難吸附更多的離子液體，離子電導(dǎo)率和力學(xué)強(qiáng)度不能滿足在裝配和使用過(guò)程中的要求。同時(shí)，目前的凝膠聚合物電解質(zhì)在制造和反復(fù)使用中極易出現(xiàn)裂縫等結(jié)構(gòu)缺陷，使用壽命很短。因此，如何實(shí)現(xiàn)離子凝膠同時(shí)具備良好的機(jī)械性能和高離子電導(dǎo)率，以及在制造或使用中受損后如何

2、修復(fù)是目前離子凝膠電解質(zhì)材料研究的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以具有無(wú)定型結(jié)構(gòu)且官能團(tuán)豐富的樹(shù)枝狀大分子聚酰胺胺(PAMAM)為基體，在離子液體中原位交聯(lián)制備出具有特殊網(wǎng)絡(luò)骨架和離子遷移通道的新型高性能離子凝膠，并對(duì)其自修復(fù)機(jī)制、導(dǎo)電性能、力學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，揭示離子凝膠高離子電導(dǎo)率的微觀機(jī)理及力學(xué)響應(yīng)機(jī)制，同時(shí)研究了 PAMAM/離子液體二元體系的相行為。所得結(jié)果如下：
　　(1)采用希夫堿反應(yīng)，以樹(shù)枝狀聚合物聚酰胺胺(PAMAM)為聚

3、合物基體，離子液體作為溶劑和電解質(zhì)，在離子液體中氨基原位交聯(lián)，制備出一種具有動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高效自修復(fù)型離子凝膠。流變結(jié)果表明，離子凝膠的模量隨著PAMAM含量的升高而升高，由于幾何形狀的影響隨著PAMAM代數(shù)的增加有所降低，動(dòng)態(tài)溫度掃描結(jié)果表明，自修復(fù)型離子凝膠非常穩(wěn)定，并且溫度達(dá)到160 oC時(shí)這種可逆共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍然未被破壞。離子凝膠具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，室溫離子電導(dǎo)率能夠達(dá)到10-2 S/cm。重要的是，在大量水的作用

4、下，這種具有動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的離子凝膠能夠降解，并且其中的PAMAM和離子液體可回收利用。
　　(2)采用 Debus-Radziszewski反應(yīng)，離子液體作為溶劑和電解質(zhì)，制備出具有咪唑環(huán)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹(shù)枝狀大分子聚酰胺胺(PAMAM)基離子凝膠。其室溫離子電導(dǎo)率達(dá)6.8 mS/cm，并且具有可調(diào)彈性模量104-106 Pa，動(dòng)態(tài)溫度掃描結(jié)果表明，離子凝膠在溫度高達(dá)160 oC時(shí)仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。將離子凝膠作為超級(jí)電容器中的

5、柔性凝膠電解質(zhì)，經(jīng)測(cè)試具有較好的循環(huán)性能，比電容經(jīng)5000次充放電后基本維持不變。
　　(3)通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和光學(xué)顯微鏡研究了 PAMAM/[BMIM][BF4]體系相行為。結(jié)果表明，半代體系為相容體系，而整代體系發(fā)生了相分離。整代PAMAM/[BMIM][BF4]體系呈現(xiàn)UCST行為，且臨界共溶溫度Tc隨著PAMAM代數(shù)的增加而增大，對(duì)于PAMAM G1.0、PAMAM G3.0和PAMAM G5.0體系，臨界共溶溫度(