响应性离子凝胶的制备及性质研究

　　离子凝胶结合了离子液体（IL）的稳定性、不挥发性、良好导电性以及普通凝胶的环境响应性等智能特点，近年来被广泛应用于新型太阳能电池、锂电池、超级电容器、人工肌肉、电致变色装置和气体分离等领域。北京大学化学院高分子科学与工程系的一个研究组合成了外围为含偶氮的侧链型液晶高分子链段（A）、中间为PEO链段（B）的ABA型三嵌段共聚物，并将其与离子液体混合制备了具有热响应性和较高离子传导率的离子凝胶，相关的研究成果发表在2015年7月28日的《Macromolecules》上。 

　　该研究组通过原子转移自由基聚合得到了ABA型三嵌段共聚物AOA-n（n为液晶高分子侧链柔性间隔基中的碳原子数，n = 0，12）。研究结果表明，AOA-12中含有液晶基元的链段具有液晶性，而AOA-0不具有液晶性。而后通过溶液混合AOA-n和离子液体的方法制备了离子凝胶。对于聚合物含量较高的AOA-12/IL离子凝胶，其液晶链段的液晶相得到保持。利用北京同步辐射（BSRF）研究了离子凝胶的自组装行为，结果显示，其在较高聚合物含量时自组装有序结构随着聚合物浓度变化而改变。通过动态流变仪研究了液晶基元的引入以及液晶相的形成和相转变对离子凝胶性质的影响，结果表明，AOA-0/IL、AOA-12/IL的临界凝胶点都在2 wt%（聚合物浓度）左右，均低于文献中SOS/IL体系的4wt%。对离子凝胶的动态温度扫描结果说明在温度变化过程中液晶链段的相转变影响离子凝胶的机械性能。此外，该离子凝胶的离子传导率在室温下最高可达到10 mS•cm⁻¹，接近于纯离子液体的传导率。 

　　在该工作中，由于在离子凝胶中，液晶基元的含量相对较少，普通实验室中的X射线散射仪器无法进行有效检测，而同步辐射光源对该研究中两个关键性问题起到了重要作用。一方面，借助于北京同步辐射装置1W2A-小角X射线散射实验站技术，在q = 1.83 nm^‒1附近发现了明显的衍射峰，说明液晶链段的液晶相在离子凝胶的物理交联点中得到了保持。另一方面，通过变温SAXS实验，证明了在变温过程中，离子凝胶的自组装结构不会发生变化，进一步证明了离子凝胶模量的变化是由于液晶链段的相变导致的。北京大学化学院高分子科学与工程系的沈志豪副教授认为，该类具有热响应性、高离子传导率的离子凝胶有望应用于高温离子传导膜或热响应软驱动器领域。