Ученые ИХР РАН, применяя комбинацию физико-химических методов, успешно синтезировали бионанокомпозитные ионогели IL/Na-Bent/MCC с различной концентрацией целлюлозы, вплоть до 10%. Полученные материалы обладают высокой ионной проводимостью в широком диапазоне температур (от -40 до +80оС) и потенциально могут использоваться в электрохимических устройствах (литиевых ХИТ, суперконденсаторах, сенсорах), для охраны окружающей среды (в ионообменниках, поглотителях CO2 и органических загрязнителей), при создании материалов для биомедицинских целей (антибактериальных покрытий, модификаторов поверхности, гелей) и в других областях.
В настоящее время созданы предпосылки для получения новых типов функциональных наноматериалов на основе глинистых минералов и ионных жидкостей. Данные материалы сочетают в себе такие свойства, как высокая ионная электропроводность, термостойкость, химическая инертность, низкая горючесть, способность к ионному обмену, сродство к полимерам. Функциональные особенности таких материалов определяются наноструктурой глинистых минералов, структурой и физико-химическими свойствами жидких ионных проводников и связаны с эффектами пространственного экранирования и свойствами поверхности глин. Описываемые материалы имеют перспективы практического использования как самостоятельно, так и в форме нанокомпозитов с полимерами. Наибольший интерес представляет применение в качестве полимерного наполнителя ионогелей целлюлозы, природного возобновляемого полимера, имеющего замечательные характеристики термической стойкости, биосовместимости, экологической безопасности. Привлекательным в данном случае является высокая растворимость целлюлозы в ацетатных ионных жидкостях, что позволяет объединить технологические приемы получения ионогелей на основе глин и целлюлозы.
Учеными ИХР РАН были синтезированы и охарактеризованы бионанокомпозитные ионогели IL/Na-Bent/MCC с различной концентрацией целлюлозы, вплоть до 10%. По данным сканирующей электронной микроскопии показано, что ионогель представляет собой ионную жидкость, плотно заполненную глинистыми частицами. С увеличением концентрации целлюлозы в ионогеле происходит образование участков различной плотности, отличающихся по плотности от основного раствора. По данным WAXS выявлено увеличение межслоевого пространства Na-бентонита в ионогелях за счет интеркаляции молекул ИЖ. Для ионогелей BMImAc/Na-Bent температура стеклования оказалась выше, чем для чистого BMImAc, и эта тенденция наблюдалась для других подобных ионогелей IL/глины, изученных ранее. ТГ-анализ показал, что включение МКЦ приводило к увеличению термостойкости полученных ионогелей IL/Na-Bent/MCC. Наибольшая электропроводность тройных ионогелей IL/Na-Bent/MCC достигнута при концентрации целлюлозы 2%. Однако механизм и причины возникновения этого максимума в настоящей работе не выяснены. Наблюдаемые явления могут быть связаны с сильной дегидратирующей способностью BMImAc, эффективно поглощающего связанную воду из твердых наполнителей. Полученный материал обладает значительной пластичностью и пригоден для формования изделий методами экструзии. Его ионная проводимость сопоставима с лучшими ионными проводниками. Материал может работать в широком температурном интервале – от -30 до + 80оС.
Результаты исследования опубликованы в журнале Coatings: https://www.mdpi.com/2079-6412/13/8/1475.
