湖南大學離子液體超分子聚合物粘附材料領(lǐng)域取得重要研究成果
在粘合劑研發(fā)過程中，如何平衡內(nèi)聚力和界面粘合力一直是一個挑戰(zhàn)。湖南大學材料科學與工程學院張世國教授團隊針對這一難題，提出了一種創(chuàng)新的方法，采用自發(fā)聚合的質(zhì)子離子液體（Protic Ionic Liquids, PIL），為破解這一瓶頸帶來了新希望。
該團隊在國際知名綜合類期刊《Nature Communications》（IF=17.694）上發(fā)表了題為“Small-molecule ionic liquid-based adhesive with strong room-temperature adhesion promoted by electrostatic interaction”的研究論文。課題組博士研究生張俊為第一作者，張世國教授為唯一通訊作者。
大量研究表明，膠粘劑的粘接強度和膠粘劑與被粘物之間的作用力以及膠粘劑分子之間的作用力有關(guān)。傳統(tǒng)膠粘劑一般采用基于共價鍵的傳統(tǒng)聚合物作為有效成分。然而，高分子量的聚合物膠粘劑在使用時通常難以實現(xiàn)良好的界面浸潤效果，并且易于形成較厚的粘接層，在造成資源浪費的同時還限制了其在柔性器件中的應(yīng)用。將低分子量有機物直接作為膠粘劑使用可以巧妙規(guī)避傳統(tǒng)聚合物膠粘劑制備和應(yīng)用過程中出現(xiàn)的上述問題。盡管如此，低分子量有機物相較于聚合物相對較弱且難以平衡的內(nèi)聚強度和界面粘附強度一直是阻礙其應(yīng)用于膠粘劑領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)之一。
離子液體超分子聚合物粘附材料的粘附性能測試與粘附機理解釋
針對上述關(guān)鍵問題，張世國教授團隊將離子液體（IL）片段嵌入具有大量強氫鍵相互作用的有機分子骨架中，制備出了室溫附近表現(xiàn)出極高粘接強度的基于離子液體的超分子聚合物粘附材料。離子液體基團的引入，不僅可以通過陰、陽離子間的靜電相互作用提高材料本身的內(nèi)聚強度，而且能有效抑制剛性和有序氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成，釋放更多能在界面處形成氫鍵的氫鍵供體/受體，提高界面粘附強度，從而實現(xiàn)小分子離子液體在各種基底表面的高強度粘附。并且，將其與碳納米管結(jié)合可以進一步制備出具有一定導電性、自愈合行為和電控粘附性的復合型膠粘劑。
這是該團隊在前期高粘附性聚離子液體材料研究的基礎(chǔ)上（Adv. Mater. 2021, 33, 2100962）取得的最新進展之一。該項研究得到了國家海外高層次人才計劃項目、國家自然科學基金、湖南省“揭榜掛帥”項目等基金項目的支持。
(文章來源：湖南大學材料科學與工程學院)
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