Foldable polyimide/ionic liquid composite films with high transmittance and ultraviolet resistance benefiting from the intermolecular multipoint interaction

聚酰亚胺 透射率 紫外线 复合数 材料科学 分子间力 离子液体 分子间相互作用 复合材料 离子键合 化学工程 光电子学 化学 有机化学 分子 图层(电子) 离子 工程类 催化作用
作者
Hong Chen,Jindong Huang,Chao Zhang,Peng Gao,Hongchang Huang,Junlan Li,Juncheng Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:490: 151598-151598 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151598
摘要

A foldable polyimide (PI) protective layer with high transmittance and high ultraviolet (UV) resistance is crucial for the practical application of flexible solar cells. Herein, the commercially 2,2′-Bis(trifluoromethyl) benzidine (TFMB) and 4,4′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (6FDA) as the monomers, and five ionic liquids (ILs) as the regulators were used to synthesize PI/IL films (PI/IL1, PI/IL2, PI/IL3, and PI/IL4). The outcomes reveal that the average transmittance (AT) of PI/IL1 (50 μm thickness) outperforms others, which can be attributed to the expanded π-π stacking distance between PI molecules and the intermolecular multipoint interaction between IL1 and PI. The AT and the elongation at break (ε) of PI/IL1 increase sequentially with the 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([C2mim][NTf2])/TFMB mole ratio, and those of PI/IL1-3 reach the maximum values of 94.23 % and 49.42 % at a 3:1 ratio, respectively. However, the tensile strength (σ) of the PI/IL1 film is inferior to that of the pure PI film, and consistently decreases with the increase of [C2mim][NTf2]/TFMB mole ratio. Nevertheless, the UV-induced degradation of PI can be delayed through the [C2mim][NTf2] regulation. The attenuations of AT, σ and ε of PI/IL1-3 films after 1000 equivalent solar hours (ESHs) UV irradiation are 0.85 %, 14.63 % and 2.99 %, respectively, which are significantly lower than those of pure PI films (2.23 %, 32 % and 23 %). This is attributed to the interaction between the positive and negative charges from [C2mim][NTf2] and those from the PI chain breaking. The highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of PI/IL1-3 are calculated with the density functional theory to reveal the charge transfer between [C2mim][NTf2] and PI.
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