论文标题：Polymer Composites Containing Ionic Liquids: A Study of Electrical Conductivity

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-3978/5/4/13

期刊名：Electronic Materials

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/electronicmat

研究背景

聚合物复合材料凭借轻质、高强及可设计性等优势，已广泛应用于航空航天、汽车与建筑等领域。然而，其固有的绝缘特性却严重制约了在电子、能源等前沿方向的应用。为突破此瓶颈，研究人员尝试引入碳纳米管、石墨烯等导电填料，以赋予聚合物导电功能。但随之而来的关键挑战是：如何实现导电填料在聚合物基体中的均匀分散，构建高效的导电网络，从而在较低填料含量下跨越“渗流阈值”，获得理想的电导率。在此背景下，离子液体作为一种新型功能材料，凭借其独特的离子导电性、高热稳定性及优异的增塑分散能力，为提升复合材料电导率提供了全新的解决思路。本文系统综述聚合物基体、导电填料及离子液体的选择与应用，并深入探讨离子液体对电导率的影响机制，为开发下一代高性能导电聚合物复合材料提供理论指导与技术参考。

研究内容

聚合物基体构成了复合材料的骨架，其性质直接决定了材料的基本性能。在电导率研究中，常用聚合物主要分为热塑性塑料、热固性塑料与弹性体三大类。例如，热塑性塑料中的聚偏氟乙烯，凭借高介电常数、优异化学稳定性及独特压电性能备受青睐；聚甲基丙烯酸甲酯则因卓越的光学透明度与良好加工性，成为光学电子器件的理想选择。此外，聚苯胺作为一种本征型导电聚合物，其电导率可通过掺杂调控，在防腐涂层等领域展现出独特优势。在弹性体方面，氯丁橡胶与丁苯橡胶则因良好的弹性、耐候性及加工性能，常用于制备兼具柔韧性与导电性的柔性电子器件。

导电填料是赋予复合材料导电功能的核心。当前，碳基材料凭借优异的导电性能和多样的结构形态占据主导地位。其中，多壁碳纳米管以其极高的长径比和一维管状结构，可在聚合物基体中形成三维导电网络，是实现高电导率的理想选择。石墨烯作为一种二维单层碳原子材料，拥有超大比表面积和极高载流子迁移率，为复合材料提供了卓越的导电平台。石墨烯氧化物表面丰富的含氧官能团，显著改善了其在聚合物中的分散性与界面相容性；而经还原处理的氧化石墨烯，则在恢复高导电性的同时保留了良好加工性能。这些碳基填料的协同或单一应用，为调控复合材料电导率提供了丰富可能性。

离子液体是一类完全由离子构成的熔融盐，其独特的物理化学性质使其在提升复合材料电导率方面扮演着关键角色。其中，咪唑类离子液体因结构可调、性能优异而应用最广。例如，1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐不仅热稳定性出色，还能有效增塑聚合物基体、促进导电填料分散；而1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐则可作为高效分散剂，通过离子-π等相互作用改善填料与基体的界面结合。此外，膦类、吡啶类等其他离子液体也展现出独特功能，如通过非共价键功能化修饰填料表面，降低团聚，从而在复合材料内部构建更畅通的电子传输路径。

将三者结合，离子液体提升聚合物复合材料电导率的效果已在多项研究中得到证实。无论是在热塑性、热固性还是弹性体基体中，添加适量离子液体均能显著提高电导率。其核心机制体现在两方面：其一，离子液体作为分散剂与增塑剂，能有效改善导电填料的分散均匀性，减少因团聚形成的导电“死区”；其二，离子液体能促进导电填料间形成有效的物理或化学连接，辅助构建贯穿整个材料的三维导电网络。该网络为电子的跳跃与传输提供了高效通道，从而在宏观上表现为电导率的数量级提升，使复合材料能够满足电磁屏蔽、抗静电、传感器等不同应用场景的性能需求。

示意图展示了[Aemim][Br]修饰的GO与PVDF基质之间的相互作用。

研究总结

本文系统回顾了含离子液体聚合物复合材料的电导率研究进展。研究表明，通过精心搭配聚合物基体（如PVDF、PMMA、SBR）、导电填料（如MWCNTs、石墨烯）及功能化离子液体（如咪唑类、膦类），可成功制备出具有优异电导率的复合材料。其核心结论在于，离子液体的引入是提升电导率的关键策略，且该作用具有普遍性，不依赖于特定的聚合物或填料类型。离子液体通过优化填料分散与构建三维导电网络的双重机制，显著增强了材料内部的电子传输效率。本综述不仅深化了对离子液体在复合体系中作用机理的理解，也为面向柔性电子、能源存储及智能设备等前沿应用，设计开发新型高效导电材料提供了宝贵的科学依据与明确的研究方向，对推动先进功能材料的发展具有重要意义。

引用格式

Shamsuri, A.A.; Md. Jamil, S.N.A.; Yusoff, M.Z.M.; Abdan, K. Polymer Composites Containing Ionic Liquids: A Study of Electrical Conductivity. Electron. Mater. 2024, 5, 189-203. https://doi.org/10.3390/electronicmat5040013

Electronic Materials期刊介绍

主编：Prof. Dr. Wojciech Pisula, Max Planck Institute for Polymer Research, Germany; Lodz University of Technology, Poland

期刊领域涵盖基础科学、工程和电子材料的实际应用等方面内容。期刊主题包括但不限于：用于电子和微电子器件的电子材料，包括介电材料、半导体；材料的集成、生长和加工；集成电路器件、互联、绝缘体和场发射应用材料；电子材料建模，包括密度泛函理论方法、分子动力学等；以及电子材料的表征等。期刊目前已被Scopus、Ei Compendex、CNKI、DOAJ、EBSCO、OpenAIRE等数据库收录。