[发明专利]高强度离子液体凝胶及其制备方法

说明书

高强度离子液体凝胶及其制备方法，属于液体凝胶技术领域。解决了现有离子液体凝胶力学性能提升不显著的技术问题。本发明的离子液体凝胶，通过引发剂引发物理交联单体、离子液体单体和分散单体在离子液体溶剂中原位自由基聚合而制备；其中，物理交联单体为聚合后能形成物理交联位点的单体；离子液体单体为接枝有双键聚合位点的离子液体；分散单体为带有非极性基团的单体；离子液体溶剂的阴离子结构与离子液体单体的阴离子结构相同，离子液体溶剂的阳离子结构为离子液体单体的阳离子结构去除双键，且离子液体单体和离子液体溶剂的阳离子上的非极性烷基链长相同或不同。该离子液体凝胶具有优异的力学性能和自修复性能，离子电导率可调，可长期使用。

技术领域

本发明属于液体凝胶技术领域，具体涉及一种高强度离子液体凝胶及其制备方法。

背景技术

随着现代电子工业的快速发展，在某些领域，需要具有优异的拉伸性能、压缩性能及离子传输性能的柔性电解质，如柔性且可穿戴的设备及软体机器人等。

凝胶材料具有优异的力学性能，可以作为固态电解质应用于超级电容器和固态锂离子电池领域，使器件获得高的能量密度，快速充放电及长循环寿命等优点，引起了研究人员的广泛关注。随着凝胶领域的蓬勃发展，众多特殊的溶剂也被发展用于制备具有特殊功能的凝胶材料。离子液体是一种在室温下表现为液态的低熔点有机盐，通过构建尺寸不对称的阴阳离子来减弱库伦力并抑制固体结晶的形成。作为新型凝胶的代表，离子液体凝胶由于综合了离子液体良好的电导率、不挥发、电化学稳定性好和不燃烧等优点，被认为是有潜力的固态电解质。但是现有的离子液体凝胶力学性能较差，限制了其在现实世界中的应用。

离子液体凝胶较差的力学性能与凝胶中聚合物网络受到的溶剂化作用有关。离子液体中存在着复杂的溶剂化作用，以咪唑型离子液体为例，其阳离子为接枝有一段非极性烷基链的咪唑阳离子，常用的阴离子有四氟硼酸盐、六氟磷酸盐和双三氟甲烷磺酰亚胺盐等。由于极性上的差异，疏水的烷基链会自组装形成纳米级的非极性微区，而阴离子基团和阳离子的咪唑极性头会自组装形成极性区域。因此本质上，离子液体是一种非均相的溶剂，在极性区中存在有氢键、库仑力、范德华分子间作用力及π-π堆积等作用力，而在非极性区域则存在疏水相互作用。这些集中在纳米微区中的复杂的相互作用会影响凝胶网络中交联点的形成，特别是物理交联点将会受到破坏。

提高机械性能对于离子液体凝胶的实际应用至关重要。受到高强度水凝胶领域的启发，许多方法也被借鉴用来制备高强度离子液体凝胶。包括设计ABA型胶束交联离子液体凝胶和构建双网络交联的离子液体凝胶。然而，现有技术所公开的提升离子液体凝胶力学性能的方法往往需要较为复杂的合成步骤，尽管如此，得到凝胶的拉伸强度也很少能达到1MPa,。此外，不同阴离子和阳离子的组合将得到拥有不同相互作用的离子液体(超过10⁶种)，精心构造的聚合物网络结构很难在不同的离子液体中维持。因此，发展出一种适用于多种离子液体且能便捷地制备高强度离子液体凝胶的方法依然是一个亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决现有离子液体凝胶力学性能提升不显著的技术问题，而提供了一种高强度离子液体凝胶及其制备方法。

本发明的高强度离子液体凝胶，通过引发剂引发物理交联单体、离子液体单体和分散单体在离子液体溶剂中原位自由基聚合而制备；

所述物理交联单体为聚合后能形成物理交联位点的单体；

所述离子液体单体为接枝有双键聚合位点的离子液体；

所述分散单体为带有非极性基团的单体；

所述离子液体溶剂的阴离子结构与离子液体单体的阴离子结构相同，离子液体溶剂的阳离子结构为离子液体单体的阳离子结构去除双键，并且离子液体单体和离子液体溶剂的阳离子上的非极性烷基链长相同或不同；

所述引发剂为光引发剂或者热引发剂。