山东大学王旭教授课题组 《Macromolecules》：光介导合成多功能干式离子传导刷状聚合物网络

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离子导体有助于生物和非生物之间的信号交换，因此能够应用于众多领域。离子导电凝胶存在液体挥发或泄漏的风险。相比之下，干式离子导电弹性体由于其无溶剂的特点，因而在软离子电子器件应用中显示出了很高的可靠性。最近的研究表明，刷状结构可以有效地减少结构弛豫时间，使刷状聚合物具有集中的电荷载体和高链迁移率，从而赋予材料以良好的离子导电性和机械柔韧性。光介导合成是一种简单有效的聚合物合成方法，其在非导电刷状聚合物弹性体制备方面已显示出良好的应用前景，但在合成离子传导刷状聚合物方面的应用仍有待探索。

近期，山东大学化学与化工学院国家胶体材料工程技术研究中心王旭教授课题组连续报道了凝胶材料在触摸屏和水下损伤自报警方面的应用（CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.31022.202101536；Mater. Horiz. 2022, 9, 2128-2137），但是这些离子导电凝胶存在液体挥发或泄露的风险。为了解决上述问题，该课题组设计合成了一种干式离子导电动态刷状聚合物网络（DICDBNs）。刷状结构的存在降低了高分子链缠结，提高了干式离子导体的导电能力。在双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）存在下，DICDBNs由α-硫辛酸接枝的聚（乙二醇）（PEG-LA）通过光诱导开环聚合得到（图1a）。该合成方法简单可靠，不需要添加剂或脱氧等额外操作。此外，DICDBNs也展现出良好的透过率，并可根据模板对合成刷状网络的形状进行定制（图1b，c）。

图1.DICDBNs合成示意图及性质

所合成的DICDBNs显示出诸多性能（图2）。作者将DICDBNs粘附于不同种类的金属上放置一个月，结果展示了DICDBNs对Sn、Fe、Al、Zn、Cu等五种金属均没有腐蚀性（图2a上）。作者对合成的DICDBNs进行垂直阻燃测试实验（图2b Ⅳ），结果展示了样品在点燃后迅速熄灭，表明材料具有良好的阻燃性。降解实验表明，室温下DICDBNs在硼氢化钠溶液中25分钟内完全降解（图2c）。力学性能显示，DICDBNs在经历100次循环拉伸后仍保有初始韧性的83.3%（图2d，e）。作者展示DICDBNs能够稳定地粘附在13种不同材料的表面（图2f），并且定量评估了9种不同基材上的粘合强度。作者研究了DICDBNs的自修复性能，在切断处紫外光照射8小时后愈合效率达到90.5%（图2e）。此外，所合成的DICDBNs也能够应用于应变传感器和温度传感器领域（图3）。

图2. DICDBNs的性能

图3. DICDBNs基应变传感器与温度传感器

综上，王旭教授课题组通过一步光介导法合成了含有动态二硫键骨架的DICDBNs，该制备方法不仅方便快捷，还能将多种功能集成于一体。材料具有高透明度与良好的阻燃性，其在各种有机和无机材料表面显示出高的附着力，材料还具有出色的柔韧性和机械耐久性、优异的离子电导率以及自愈合和降解能力。该方法有望被用于制备各种功能高分子材料。该工作以“Versatile Light-Mediated Synthesis of Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks with High Elasticity, Interfacial Adhesiveness, and Flame Retardancy”为题发表在《Macromolecules》上。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

论文信息：

Versatile Light-Mediated Synthesis of Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks with High Elasticity, Interfacial Adhesiveness, and Flame Retardancy

Yu Tan, Huan Chen, Wenbing Kang, and Xu Wang*

Cite this by doi: 10.1021/acs.macromol.2c01234

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01234

王旭课题组主页：

http://cis.sdu.edu.cn/wang_lab/cn/index.htm

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