金剛烷塑晶聚合物的合成及其離子導電性能

《金剛烷塑晶聚合物的合成及其離子導電性能》是依託中南大學，由潘春躍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金剛烷塑晶聚合物的合成及其離子導電性能
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：潘春躍
• 依託單位：中南大學

項目摘要

塑晶是一類很有前途的新型的固態電解質材料，在鋰離子電池、太陽能電池等領域具有誘人的套用前景。鑒於對具有位置有序/取向無序的塑晶大分子的結構、相變規律與功能特性等方面還所知甚少的研究現狀與小分子塑晶材料存在的不足，本項目提出根據塑晶的結構特徵和高離子導電性能的要求，在聚合物主鏈或側鏈上引入塑晶結構基元製取塑晶聚合物，即不是將小分子塑晶與聚合物機械共混。選擇金剛烷衍生物為塑晶結構基元，設計與合成幾類新型的側鏈與主鏈金剛烷衍生物塑晶聚合物。重點對合成反應規律、金剛烷塑晶結構基元對材料結構、相變規律與電化學性能的影響進行系統研究，獲得規律性認識。一方面是希望能克服小分子塑晶電解質材料的不足，獲得即具有較高離子導電性能又有良好的成膜加工性能的新的SPE材料；另一方面，也是為高性能結構材料和功能材料的開發提供新的思路和參考。

結題摘要

以金剛烷、噻吩、三嗪等塑晶結構單元來構築新分子，通過對其結構與性能關係的研究，開發新的功能特性和用途。 設計與合成了含金剛烷結構單元的新型塑晶化合物三(1-金剛烷甲酸)三乙醇胺酯（R1）和四(1-金剛烷甲酸)季戊四醇酯（TAdPE）。研究結果表明，R1在-10.2 ℃時發生相變，ΔStrs 為 80.68 J·mol-1·K-1；107.6 ℃時，熔化熵變ΔSfus = 37.19 J·mol-1·K-1；ΔStrs/ΔSfus = 2.17＞ 1， TAdPE在278.8 ℃熔融熵變為70.07 J·mol-1·K-1。177.6 ℃處固-固相轉變熵變ΔStrs為110.55 Jmol-1·K-1；ΔStrs/ΔSfus = 1.58 ＞1。TAdPE的低溫相晶胞結構為對稱性低的單斜晶系，其空間群為P-1。高溫相晶胞結構為對稱性較高的四方晶系，其空間群為P4mmm。說明R1和TAdPE具有塑晶態或“高度紊亂”態。將R1與PEO複合製備了複合聚合物電解質，研究了它們的導電性能變化規律。 設計與合成了若干含噻吩結構單元的聚合物，重點考察了它們的光伏性能。合成了苯並二噻吩與二噻吩苯並三氮唑或苯並三氮唑基聚合物衍生物PBDTDTBTz和PBDTBTz。基於PBDTDTBTz 和PBDTBTz的光伏器件的能量轉換效率分別為1.7%和1.4%。將二噻吩苯並三氮唑(DTBTz)和對苯乙烯撐(PPV) 通過Heck反應合成了聚合物MOPPVDTBTz和PPVDTBTz，能量轉換效率分別為0.36%和0.4%。合成了以苯並二噻吩為給體單元，以聯二噻唑、並二噻唑為受體單元的共軛聚合物，能量轉換效率達到了2.6%。合成了三種新的基於5,6-辛氧基-苯並噻二唑(DOBT)與苯並噻二唑(BDT)交替共聚物(P1、P2和P3)。考察了噻吩單元對這類共聚物遷移率、形貌和光伏性能的影響。 結合聚芳醯胺和含三苯基-1,3,5-三嗪結構聚合物的優點，合成了含1,3,5-三嗪環新型聚芳醯胺。聚合物具有良好的熱穩定性、較好的機械性能和一定的溶解性，Tg在310~330℃下10%的熱失重溫度為515~527℃，可溶解於NMP、DMAc溶劑中。拉伸強度在71.5~94.7MPa，斷裂伸長率在6.1~10.0%，起始模量在2.3~2.8GPa。並探討了它們作為微孔聚合物材料的吸附性能。