隨著社會和工業(yè)的快速發(fā)展，能源消耗急劇增加。其中，在歐美國家，建筑能耗占據(jù)總能耗的40%。熱致變色智能窗戶的制備為降低建筑能耗提供了行之有效的解決方法。然而，傳統(tǒng)的熱致變色材料具有透明度低，太陽調(diào)制能力差，環(huán)境穩(wěn)定性差等缺點，限制了它們在智能窗戶中的實際應(yīng)用。近年來，基于離子液體和聚合物之間的混溶性可以受到外界環(huán)境刺激（例如，光和熱）而發(fā)生宏觀相分離的離子凝膠材料，在熱致變色智能窗戶方面顯示出了巨大的應(yīng)用前景。這種基于離子凝膠的熱致變色材料具有優(yōu)異的高低溫環(huán)境熱穩(wěn)定性和可重復(fù)的調(diào)制能力。然而，離子凝膠在長期使用中不可避免的會發(fā)生機械損傷，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)完整性的破壞和熱致變色功能的下降甚至是喪失，從而造成其使用壽命縮短。因此，通過超分子作用力的構(gòu)筑來制備機械和環(huán)境穩(wěn)定的自修復(fù)熱致變色離子凝膠具有重要意義。
吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點實驗室李洋副教授課題組長期從事功能化自修復(fù)離子凝膠的研究。致力于通過超分子作用力來制備兼具自修復(fù)性能與機械性能的離子凝膠并應(yīng)用于柔性電子器件，氣體分離，以及智能顯示材料中。近年來，該課題組在自修復(fù)離子凝膠以及功能化方面取得了一些進展：（1）制備了具有高機械強度與高離子電導(dǎo)率的自修復(fù)離子凝膠用于應(yīng)變傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 57477-57485)；（2）制備高強度自修復(fù)離子凝膠用于制備高機械性和環(huán)境穩(wěn)定性的納米摩擦發(fā)電機(Nano Energy 2021, 90, 106645)；（3）制備了室溫自修復(fù)離子凝膠用于高效穩(wěn)定的CO2分離 (J. Mater. Chem. A 2022, 10, 4695–4702)。基于在制備功能化自修復(fù)離子凝膠材料方面的寶貴經(jīng)驗，近期該課題組設(shè)計并制備了一種基于多重氫鍵的高強度自修復(fù)熱致變色離子凝膠，并用于制備機械和環(huán)境穩(wěn)定的，且具有高太陽調(diào)制能力和防霧能力的智能窗戶。
通過優(yōu)化SPUx組成，離子液體含量以及二元離子液體之間的比例，作者選擇了具有平衡的機械強度以及適合智能窗戶應(yīng)用的轉(zhuǎn)變溫度的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠作為研究對象進行表征。該SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠具有5.59 MPa的高機械強度，95.1%的光學(xué)透光率(Tlum)以及83%的太陽調(diào)制能力(ΔTsol)。
如圖3所示，聚合物鏈段良好的運動性和氫鍵交聯(lián)的可逆性，該離子凝膠具有良好自修復(fù)能力和重塑能力。切斷和劃傷后的SPUx/30%IL0.5離子凝膠在室溫條件下經(jīng)過36 h的修復(fù)后，即可實現(xiàn)機械性能以及透明性的恢復(fù)。此外，切碎的SPUx/30%IL0.5離子凝膠在室溫2 MPa的壓力條件即可能夠再加工成完整的離子凝膠。
圖3.(a) (1)切斷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠，(2)在室溫下修復(fù)36 h后的離子凝膠，(3)用于舉起2 kg重物的離子凝膠的照片。(b)離子凝膠修復(fù)過程的示意圖。(c) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠修復(fù)不同時間的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(d) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠在不同切斷修復(fù)周期后的修復(fù)效率變化。(e)劃傷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠在玻璃上(1)修復(fù)前和(2)修復(fù)36 h后的照片。(f) (e)中劃傷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠經(jīng)過不同時間修復(fù)后的透過率光譜。(g) (e)中SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠修復(fù)不同時間后的切口光學(xué)顯微鏡圖像。(h) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠(1)被切成小塊(2)再加工成完整的離子凝膠的照片。
相關(guān)成果以Self-Adhesive Self-Healing Thermochromic Ionogels for Smart Windows with Excellent Environmental and Mechanical Stability, Solar Modulation and Antifogging Capabilities.為題發(fā)表在《Advanced Materials》。(DOI: 10.1002/adma.202211456)。吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點實驗室為第一單位，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院碩士研究生李冰為論文的第一作者，李洋副教授為論文的獨立通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202211456
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