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湖南大学张世国教授《Nat. Commun.》:高性能小分子离子液体粘附材料
2022-09-09  来源:高分子科技

  胶粘剂,一般指能将两种及其以上材料连接在一起,固化后连接处具有一定强度的物质。大量研究表明,胶粘剂的粘接强度和胶粘剂与被粘物之间的作用力以及胶粘剂分子之间的作用力有关。传统胶粘剂一般采用聚合物作为有效成分。然而,高分子量的聚合物胶粘剂在使用时通常难以实现良好的界面浸润效果,并且易于形成较厚的粘接层,在造成资源浪费的同时还限制了其在柔性器件中的应用。将低分子量有机物直接作为胶粘剂使用可以巧妙规避传统聚合物胶粘剂制备和应用过程中出现的上述问题。尽管如此,低分子量有机物相较于聚合物相对较弱且难以平衡的内聚强度和界面粘附强度一直是阻碍其应用于胶粘剂领域面临的重大挑战之一。


  近期,湖南大学材料科学与工程学院张世国教授团队将离子液体(IL片段嵌入具有大量强氢键相互作用的有机分子骨架(图1,制备出了室温附近表现出极高粘接强度的基于离子液体的超分子聚合物粘附材料(图2)。离子液体基团的引入,不仅可以通过阴、阳离子间的静电相互作用提高材料本身的内聚强度,而且能有效抑制刚性和有序氢键网络的形成,释放更多能在界面处形成氢键的氢键供体/受体,提高界面粘附强度,从而实现分子离子液体在各种基底表面的高强度粘附(图3。并且,将与碳纳米管结合可以进一步制备出具有一定导电性、自愈合行为和电控粘附性的复合型胶粘(图4


图1 基于离子液体的超分子聚合物粘附材料的化学结构与性质


图2 粘接强度的定量测试


图3 实验表征与理论计算对粘附机理进行解释


图4 基于离子液体的超分子聚合物粘附材料与多壁碳纳米管结合制备功能性复合胶粘剂


  该工作以“Small-molecule ionic liquid-based adhesive with strong room-temperature adhesion promoted by electrostatic interaction”为题发表在《Nature Communications》上。湖南大学材料科学与工程学院博士研究生张俊为论文第一作者,张世国教授为论文的通讯作者,湖南大学为第一通讯单位。该项研究得到了国家海外高层次人才计划项目、国家自然科学基金、湖南省“揭榜挂帅”项目等基金项目的支持。这一研究是该团队在过去两年高粘附性聚离子液体材料制备与应用的基础上(Adv. Mater. 2021, 33, 2100962J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 2375)取得的最新进展之一。


  原文链接(开放获取):https://www.nature.com/articles/s41467-022-32997-4


  张世国教授团队(http://grjl.hnu.edu.cn/p/969A991606965FB40DC8F9F6045F8C58)致力于面向清洁能源的离子液体功能材料研究,具体包括:聚离子液体、离子凝胶(电解质)、多孔离子液体、离子液体耦合高效电催化等。课题组经费充足,实验设备齐全,研究课题前沿,学术思想活跃团队2023年有博士生名额3个左右,欢迎报考。同时,团队正在招聘具有离子液体、准固态电解质和电催化相关背景的博士后,欢迎联系(zhangsg@hun.edu.cn)。
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(责任编辑:xu)
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