[发明专利]一种光响应导电流体的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种光响应导电流体的制备方法及应用，属于智能流体的制备与开发利用领域。本发明中的光响应导电流体包括一种含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂、1‑戊基‑3‑乙基咪唑氯盐和六氟磷酸钠，所述光响应导电流体在波长低于340nm的紫外光源的照射下，该导电流体的电率变化率可达到137％，显示出了极高的光响应效率。该导电流体的可调控性能是基于聚集体的形成与解离的原理，具有很好的稳定性，可应用于多种工业生产和能量转换装置中。

技术领域

本发明涉及一种光响应导电流体的制备方法及应用，属于智能流体的制备与开发利用领域。

背景技术

随着现代科技的发展与进步，环境刺激响应型材料及体系成为材料学、胶体化学及生物学等领域研究的热点之一，近年来引起了人们的广泛关注。光响应导电流体是指在特定波长光的刺激下，流体的电导率会随之发生变化的体系。光是一种价廉易得的清洁能源，具有设备简单、能量集中，限域性好、易于操控等优势。在工业生产及光能、风能等能量转化的过程中，在能量输入端无法自由调控的情况下，采用导电流体对光的响应来进行电流的调节和控制，是一种非常有效的方法。构成光响应导电流体的理想物种需要具有光响应效率高、电荷密度大、调节机制可逆及化学性质稳定等特点。然而，到目前为止，关于光响应导电流体的研究仍处于探索阶段。主要问题是现有的技术调控效率较低，而且很多体系不可进行可逆调控，循环次数少，无法满足实际应用的需求。

在条件适合的情况下，某些具有特定结构的两亲分子可以自组装形成介观尺度的聚集体。聚集体的生成会影响到体系中分子或离子的运动速率，进而影响到体系的电导率。此外，生成的聚集体又可以在某些因素的作用下解离，引起体系导电性的增加。由于聚集体的形成依靠的是分子间作用力，因此，若能利用聚集体的形成和解离机制，设计合适的分子结构与体系组成，有望得到性能优良的光响应导电流体，并且该体系理论上无限可逆。偶氮苯是一种常见的光响应基团，在光激发下会产生顺反异构，引起分子间作用力的变化。双子表面活性剂分子内含有两个电荷，具有电荷集中的特点。若把偶氮苯基团引入双子表面活性剂的分子结构中，有望得到符合光响应导电流体要求的物种。然而，目前未有报道以含偶氮苯基团的双子表面活性剂(Angewandte Chemie International Edition,55(10):3378-3381)设计响应型导电流体的体系。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用两亲分子组装的相关知识，提供了一种光响应导电流体的制备方法及应用，该方法以一种水溶性高的含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂Ge(azo)为聚集体，向其中加入1-戊基-3-乙基咪唑氯盐和六氟磷酸钠，配制成光响应导电流体。该方法配制的光响应导电流体用紫外光激发，电导的变化率可达137％，具有良好的调控效果和可逆性。

本发明的第一个目的是提供一种光响应导电流体，所述光响应导电流体包括一种含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂、1-戊基-3-乙基咪唑氯盐和六氟磷酸钠，其中含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂分子结构如下：

在一种实施方式中，所述含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂的浓度范围为100-300mmol/L。

在一种实施方式中，所述含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂的浓度范围为240mmol/L。

在一种实施方式中，所述1-戊基-3-乙基咪唑氯盐的浓度范围为20-200mmol/L。

在一种实施方式中，所述六氟磷酸钠的浓度范围为20-100mmol/L。

在一种实施方式中，所述含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂:1-戊基-3-乙基咪唑氯盐:六氟磷酸钠的摩尔比为1:(0.3～0.5):(0.05～0.15)。

在一种实施方式中，所述含偶氮苯基团的阳离子双子表面活性剂:1-戊基-3-乙基咪唑氯盐:六氟磷酸钠的摩尔比为1:0.4:0.1。