金刚烷塑晶聚合物的合成及其离子导电性能

塑晶是一类很有前途的新型的固态电解质材料，在锂离子电池、太阳能电池等领域具有诱人的应用前景。鉴于对具有位置有序/取向无序的塑晶大分子的结构、相变规律与功能特性等方面还所知甚少的研究现状与小分子塑晶材料存在的不足，本项目提出根据塑晶的结构特征和高离子导电性能的要求，在聚合物主链或侧链上引入塑晶结构基元制取塑晶聚合物，即不是将小分子塑晶与聚合物机械共混。选择金刚烷衍生物为塑晶结构基元，设计与合成几类新型的侧链与主链金刚烷衍生物塑晶聚合物。重点对合成反应规律、金刚烷塑晶结构基元对材料结构、相变规律与电化学性能的影响进行系统研究，获得规律性认识。一方面是希望能克服小分子塑晶电解质材料的不足，获得即具有较高离子导电性能又有良好的成膜加工性能的新的SPE材料；另一方面，也是为高性能结构材料和功能材料的开发提供新的思路和参考。

以金刚烷、噻吩、三嗪等塑晶结构单元来构筑新分子，通过对其结构与性能关系的研究，开发新的功能特性和用途。.设计与合成了含金刚烷结构单元的新型塑晶化合物三(1-金刚烷甲酸)三乙醇胺酯（R1）和四(1-金刚烷甲酸)季戊四醇酯（TAdPE）。研究结果表明，R1在-10.2 ℃时发生相变，ΔStrs 为 80.68 J·mol-1·K-1；107.6 ℃时，熔化熵变ΔSfus = 37.19 J·mol-1·K-1；ΔStrs/ΔSfus = 2.17 > 1， TAdPE在278.8 ℃熔融熵变为70.07 J·mol-1·K-1。177.6 ℃处固-固相转变熵变ΔStrs为110.55 Jmol-1·K-1；ΔStrs/ΔSfus = 1.58 > 1。TAdPE的低温相晶胞结构为对称性低的单斜晶系，其空间群为P-1。高温相晶胞结构为对称性较高的四方晶系，其空间群为P4mmm。说明R1和TAdPE具有塑晶态或“高度紊乱”态。将R1与PEO复合制备了复合聚合物电解质，研究了它们的导电性能变化规律。.设计与合成了若干含噻吩结构单元的聚合物，重点考察了它们的光伏性能。合成了苯并二噻吩与二噻吩苯并三氮唑或苯并三氮唑基聚合物衍生物PBDTDTBTz和PBDTBTz。基于PBDTDTBTz 和PBDTBTz的光伏器件的能量转换效率分别为1.7%和1.4%。将二噻吩苯并三氮唑(DTBTz)和对苯乙烯撑(PPV) 通过Heck反应合成了聚合物MOPPVDTBTz和PPVDTBTz，能量转换效率分别为0.36%和0.4%。合成了以苯并二噻吩为给体单元，以联二噻唑、并二噻唑为受体单元的共轭聚合物，能量转换效率达到了2.6%。合成了三种新的基于5,6-辛氧基-苯并噻二唑(DOBT)与苯并噻二唑(BDT)交替共聚物(P1、P2和P3)。考察了噻吩单元对这类共聚物迁移率、形貌和光伏性能的影响。.结合聚芳酰胺和含三苯基-1,3,5-三嗪结构聚合物的优点，合成了含1,3,5-三嗪环新型聚芳酰胺。聚合物具有良好的热稳定性、较好的机械性能和一定的溶解性，Tg在310~330℃下10%的热失重温度为515~527℃，可溶解于NMP、DMAc溶剂中。拉伸强度在71.5~94.7MPa，断裂伸长率在6.1~10.0%，起始模量在2.3~2.8GPa。并探讨了它们作为微孔聚合物材料的吸附性能。