尼龍是一種具有80多年歷史的經(jīng)典聚合物。其獨(dú)特的酰胺鍵(肽鍵)使其具有很高的彈性,豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也使其具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。尼龍在生活中最為人所知的應(yīng)用當(dāng)屬被年輕女性所鐘愛的尼龍絲襪。
近日,尼龍固態(tài)電解質(zhì)在中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所首次研制成功。4月2日,該所崔光磊研究員團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果在線發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。
“這項(xiàng)工作簡單來說,就是重新設(shè)計了傳統(tǒng)經(jīng)典聚合物尼龍6的結(jié)構(gòu),使其具有離子傳導(dǎo)性。”崔光磊表示,他們用高濃度的鋰鹽水溶液,破壞了尼龍6中的豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò),并使其再生為以陰陽離子締合形式橋接的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
據(jù)崔光磊介紹,經(jīng)過近兩年來的努力,其團(tuán)隊(duì)與合作者利用固態(tài)核磁、小角X射線散射、傅里葉變換紅外光譜和拉曼光譜等技術(shù),具體分析了尼龍6在高濃度鋰鹽水溶液中的溶解機(jī)理以及新再生的尼龍基聚合物電解質(zhì)的微觀構(gòu)型。
在論文中,他們提出,由于稀溶液中陽離子通常具有完整的溶劑化結(jié)構(gòu)而很難發(fā)揮其路易斯酸性,而在高濃度鹽溶液中,陰離子參與了陽離子的溶劑化構(gòu)成,從而使陽離子的路易斯酸性可以有效發(fā)揮出來。尼龍6的溶解正是由于酰胺鍵中的酰基受到具有強(qiáng)路易斯酸性的陽離子的進(jìn)攻進(jìn)而發(fā)生配位作用。另一方面,陰離子與陽離子締合的同時,也與胺基以弱氫鍵的方式進(jìn)行結(jié)合,從而形成了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
此外,由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu),使聚合物電解質(zhì)呈現(xiàn)出高粘彈特性。而這種高粘彈特性正是解決固態(tài)電池和柔性器件界面問題(層移、錯位等)所需要的。研究人員發(fā)現(xiàn)尼龍電解質(zhì)具有良好的電化學(xué)性能,并利用其設(shè)計了一體化的固態(tài)柔性電池作為應(yīng)用窗口,實(shí)現(xiàn)了柔性電池的穿戴功能。
崔光磊告訴記者:“我們的工作為傳統(tǒng)聚合物的應(yīng)用提供了新思路,其他經(jīng)典聚合物比如纖維素、木質(zhì)素、殼聚糖等也有望利用綠色水溶液進(jìn)行再生,從而使其被廣泛應(yīng)用。” |