Ion-Conducting Thermoresponsive Films Based on Polymer-Grafted Cellulose Nanocrystals

材料科学 离子液体 离子电导率 低临界溶液温度 纳米复合材料 聚合物 化学工程 高分子化学 甲基丙烯酸酯 复合材料 共聚物 有机化学 物理化学 电解质 电极 工程类 催化作用 化学
作者
Ryo Kato,James H. Lettow,Shrayesh N. Patel,Stuart J. Rowan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (48): 54083-54093 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsami.0c16059
摘要

Mechanically robust, thermoresponsive, ion-conducting nanocomposite films are prepared from poly(2-phenylethyl methacrylate)-grafted cellulose nanocrystals (MxG-CNC-g-PPMA). One-component nanocomposite films of the polymer-grafted nanoparticle (PGN) MxG-CNC-g-PPMA are imbibed with 30 wt % imidazolium-based ionic liquid to produce flexible ion-conducting films. These films with 1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (MxG-CNC-g-PPMA/[H]) not only display remarkable improvements in toughness (>25 times) and tensile strength (>70 times) relative to the corresponding films consisting of the ionic liquid imbibed in the two-component CNC/PPMA nanocomposite but also show higher ionic conductivity than the corresponding neat PPMA with the same weight percent of ionic liquid. Notably, the one-component film containing 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (MxG-CNC-g-PPMA/[E]) exhibits temperature-responsive ionic conduction. The ionic conductivity decreases at around 60 °C as a consequence of the lower critical solution temperature phase transition of the grafted polymer in the ionic liquid, which leads to phase separation. Moreover, holding the MxG-CNC-g-PPMA/[E] film at room temperature for 24 h returns the film to its original homogenous state. These materials exhibit properties relevant to thermal cutoff safety devices (e.g., thermal fuse) where a reduction in conductivity above a critical temperature is needed.

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