ИСТИНА

В отличие от обычных механических преобразователей, таких как, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, а также пневматические устройства, в которых движение генерируется посредством изменения относительных положений между их частями, преобразователи на основе умных материалов демонстрируют гибкое движение, благодаря изменению формы или объема самого устройства. Одной из наиболее многообещающих технологий является электромеханические преобразователи на основе ионных электроактивных полимеров (ЭАП). Исполнительные устройства (актуаторы) на основе ЭАП представляют собой трехслойное устройство, состоящее из электролитной полимерной пленки, покрытой с двух сторон электродами. При приложении напряжения между электродами происходит набухание одной поверхности устройства за счет миграции ионов электролита, что приводит к деформации всего устройства.. Основное внимание исследователей направлено на модификацию электродов, при этом ионная мембрана воспринимается как резервуар для электролита. Применение ионных полимеров способно увеличить эффективность ионных актуаторов за счет повышения концентрации подвижных ионов одного заряда. Наиболее распространенные ионные мембраны на основе Nafion обладают ионообменной емкостью (ИОЕ) на уровне 0,9-1,1 мэкв/г. Целью настоящей работы является получение новый иономеров с высоким содержание сульфогрупп и их при-менение в качестве материала мембран ионных актуаторов На первом этапе работы были получены два типа полимеров 5-фенилнорборнена: аддитивной по-лимеризацией и метатезисной полимеризацией с раскрытием цикла (ROMP). Кратные связи ROMP-полимера были восстановлены, общая схема синтеза представлена ниже: На следующем этапе были подобраны условия сульфирования полимеров. В результате реакции сульфирования полимеров в гомогенных условиях был получен иономеры с высокой степенью сульфи-рования до 79%. Все полимеры были охарактеризованы методами ДСК, ГПХ, 1H ЯМР и ИК-Фурье. Для увеличения растворимости и общего объема подвижных катионов полимеры модифицировали путем за-мены протонов сульфогрупп на имидазолий и метилимидазолий. На основе этих полимеров и ионной жидкости (EMImBF4) были изготовлены электролитные мембраны. Механические, морфологические и электрохимические свойства мембран исследовали с помощью испытаний на растяжение, СЭМ и импе-дансной спектроскопии соответственно. Из всех мембран были изготовлены актуаторы с электродами на основе углеродных нанотрубок методом горячего прессования и испытаны при напряжении 1-3 В на максимальную генерируемую деформацию и механическое напряжение. Актуаторы с мембранами на основе иономеров, содержащих метилимидазолий, превзошли по своим характеристикам аналоги на ос-нове Nafion и продемонстрировали высокие деформации (до 1,14% против 0.48%) и генерируемое меха-ническое напряжение (до 1,21 МПа против 0,69 МПа) при низком напряжении 2 В. В результате сульфированный поли(фенилнорборнен), обладающий высокой ионообменной емко-стью в 3,36 мэкв/г, может стать перспективной платформой для производства полиэлектролитных мем-бран для широкого спектра применений благодаря высокой устойчивости, хорошей растворимости, до-статочной ионной проводимости. Благодарность Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, грант № 20-53-76021 ЭРА_т Литература 1. Morozov Oleg S. et al. Ionomers Based on Addition and Ring Opening Metathesis Polymerized 5-Phenyl-2-norbornene as a Membrane Material for Ionic Actuators// Membranes. – 2022. – Vol. 12, No. 3. – Р. 316. 2. Morozov Oleg S. et al. Data on synthesis and characterization of sulfonated poly(phenylnorbornene) and polymer electrolyte membranes based on it// Data in Brief. – 2019. – Vol. 27. – Р. 104626.