【Advanced Materials】比金属坚韧的超分子离子液体凝胶

材料学人 Materials Science 2024年08月22日 14:07 山东

常见的天然和合成高强度材料（如橡胶、塑料、陶瓷和金属）的变形能力较差。同时实现高强度和大变形是一个巨大的挑战。本文通过力诱导结晶和卤金属化离子液体产生的超分子离子网络的协同作用，开发了高强度离子凝胶。制备的聚乙烯醇/卤代金属酸离子液体离子凝胶表现出优异的力学性能，包括极限断裂应力（63.1 ± 2.1 MPa）、应变（5248 ± 113%）和前所未有的韧性（1947 ± 52 MJ m−3），远高于大多数金属和合金。此外，离子凝胶可以实现水的可逆性，实现绿色回收和损伤力学性能的恢复。

• 离子液体凝胶的制备

将PVA粉末（5g）和水（20g）的混合物彻底搅拌并加热（95°C）2小时，以获得PVA（20wt%）的分散体。将制备好的溶液倒入硅胶模具中，在室温下蒸发水，得到含水量为40 wt%的PVA水凝胶。可结晶超分子离子凝胶的合成：采用溶剂交换策略制备了超坚韧的可结晶超分子离子凝胶。将制备的水凝胶浸泡在卤金属酸盐离子液体中24 h，离子液体置换两次，保证水完全置换。在溶剂交换过程中，卤金属酸盐离子液体与PVA通过配位键和氢键形成超分子相互作用。

• 超分子结构表征和逐步结晶强化机理

• 离子凝胶的机械性能

• 离子凝胶的可逆恢复和多功能特性

• 结论

通过力诱导结晶和卤金属化离子液体产生的超分子离子网络的协同作用，开发了兼具高强度和大应变容量的可结晶超分子离子凝胶。卤金属酸盐离子液体极大地改善了溶剂/溶剂和溶剂/聚合物的超分子相互作用。制备的超分子离子凝胶表现出前所未有的韧性，甚至高于金属和合金。制备的离子凝胶不能完全替代具有高模量和强度的金属。然而，在许多应用场景中，如潮湿和腐蚀性环境，具有高韧性的离子凝胶有其优势。非共价可逆超分子物理交联网络在离子聚合物中具有优异的裂纹扩展不敏感性和可回收性。通过水回收离子凝胶促进了绿色回收，从而恢复了所有受损的机械性能。增强的机械行为、离子电导率和极端的环境抵抗力支持了所制备的离子凝胶的环境适用性和稳健性。

阅读原文： https://doi.org/10.1002/adma.202301383