[發明專利]高彈性、可修復、超耐用和可無害化處理的離子導體膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110606912.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113354848A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 孫俊奇;李思衡
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L29/14;C08K5/3445
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種高彈性、可修復、超耐用和可無害化處理的離子導體膜及其制備方法，屬于可拉伸離子導體技術領域。是先將改性劑在催化劑的催化下共價接枝到聚合物上得到聚合物基質；再將聚合物基質溶液在25～70℃的條件下加熱濃縮，再與離子液體按照一定質量比均勻混合；然后將復合溶液傾倒在玻璃片上澆筑成膜，并且在50～90℃的真空條件下干燥12～72小時，最后在50～70℃的真空條件下干燥1～6小時，從而得到具有優異彈性、可修復的、超耐用的且可無害化處理的離子導體膜。本發明制備方法簡單，大大提高了可拉伸離子導體的彈性和使用壽命，為制備有可無害化拋棄的能力得超耐用離子導體提供了新的思路。

技術領域

本發明屬于可拉伸離子導體技術領域，具體涉及一種高彈性、可修復、超耐用和可無害化處理的離子導體膜及其制備方法。

背景技術

離子導體是指依賴離子定向遷移來實現電流傳輸的一類導體。可拉伸的離子導體因為具有高的電導率，優異的柔韌性和透明性在柔性電池、傳感器及軟體機器人等領域有很大的應用價值。為了滿足人們對柔性電子產品日益增長的使用需求，離子導體需要具有高的拉伸性，好的彈性以及在拉伸狀態下保持高的電導率。同時，離子導體也需要具有優異的抗疲勞性質和自修復性質來提高它們在長期使用過程中的耐用性。在實際使用中，離子導體不可避免地會經歷多次的連續形變(如拉伸、彎折等)，這些形變過程會引起離子導體的機械疲勞甚至是損傷，使離子導體結構完整性下降并縮短它們的使用壽命。盡管具有良好拉伸性的離子導體已經被廣泛報道，但是這些離子導體的彈性、抗疲勞性以及耐用性都比較差，特別是在上千次的不間斷反復形變之后。因此，制備同時具有高拉伸性、優異的彈性、自修復性質以及高的電導率的離子導體是至關重要的，也是一個挑戰。

目前，由于市場需求的增大，柔性電子產品的產量不斷增加，也因此產生了大量的電子廢料，這些電子廢料不僅會造成資源浪費也會污染環境。離子導體是柔性電子產品中重要的組成部件之一，所以廢棄的離子導體的無害化處理成為了該領域亟需解決的問題。離子凝膠是由三維交聯的聚合物網絡以及離子液體組成的，由于擁有離子液體優異的物理化學性質非常適合于制備可拉伸耐用離子導體。如果想要制備高電導率的基于離子凝膠的離子導體，需要負載大量的離子液體。而大部分的離子液體都是有毒的。而且當離子導體被壓縮、拉伸或者在溫度較高濕度較大的環境中時，其負載的離子液體容易發生泄漏。因此，廢棄的離子導體如果沒有經過妥善的處理，會對環境造成嚴重的污染。由此可見，對廢棄后的離子導體材料進行無害化處理是非常重要的。采用低成本、環保的方法從使用過的離子導體中回收離子液體，可以解決環境污染問題，實現離子液體的循環利用，減少資源浪費。由于離子液體是許多聚合物和有機分子的良溶劑，因此從離子導體中回收高純度離子液體仍然是一個很大的挑戰。此外，為了減少聚合物廢棄物的堆積，有必要制備在自然環境中可完全降解的聚合物基質。但是到目前為止可無害化處理的離子導體還未被制備出來。因此，為了保證社會和環境的可持續發展，未來的離子導體必須具有良好的可愈合性、延展性、彈性、導電性，并且能夠被安全丟棄。

發明內容

本發明的目的是提供一種高彈性、可修復、超耐用和可無害化處理的離子導體膜的制備方法，其步驟如下：

1)聚合物基質的合成：先將聚合物在70～100℃條件下溶解在二甲基亞砜(DMSO)溶劑中，然后再分別將改性劑和催化劑加入到上述溶液中；其中聚合物的質量分數為3.0～10.0％，改性劑的質量分數為1.0～5.0％，催化劑的質量分數為0.1～0.6％；然后在25～100℃條件下攪拌1～24h，從而將改性劑共價接枝到聚合物上，得到聚合物基質溶液；

2)離子導體的制備：將步驟1)制備得到的聚合物基質溶液在25～70℃的條件下加熱濃縮1～24h，濃縮后聚合物基質的質量分數為8.0～11.0％；向濃縮后的聚合物基質溶液中加入離子液體，離子液體的質量分數為10.0～25.0％(離子液體質量/(聚合物基質質量+離子液體質量+DMSO質量)*100％)，混合均勻后在玻璃片基底上澆筑成膜；然后在50～90℃條件下干燥12～72h，再在50～70℃真空下(真空度小于10^-3Pa)干燥1～6h，從玻璃片基底上剝離后得到自支持的離子導體膜。