【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气凝胶，具体涉及一种高韧性气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、气凝胶是一种由气体取代液体制备的互连纳米结构多孔材料，其独特的纳米多孔结构赋予了气凝胶低密度、高表面积、高孔隙率和低导热系数等独特性能，使其在污染物处理、隔热材料、传感器和储热装置等领域具有极大的潜力。但在气凝胶制备过程中会出现不可避免的收缩问题，且大多数气凝胶因超高孔隙率而具有脆性，因此同时实现良好的力学性能和轻质结构一直以来都很具有挑战性，保证低密度的同时提高机械性能是一个具有学术和工程价值的重要研究课题。
2、迄今为止，已经有许多尝试报告了抑制气凝胶收缩和提高力学性能的方法，例如，采用超临界干燥方法对凝胶进行干燥，以减少或消除毛细管力对气凝胶收缩的影响。然而，这种方法通常需要特殊的设备和操作技术。此外，将气凝胶与石墨烯、碳纳米管和纤维素纳米纤维等材料共混改性以增强气凝胶材料的性能也是一种常用的策略，但这种方法可能导致气凝胶结构不均匀。近期，金属有机笼/多面体(moc/mop)也作为制造气凝胶的多孔结构单元，通过对结构进行功能化修饰，从分子层面制备出具有均匀结构和优良力学性能的气凝胶材料，但这类气凝胶的构筑基元有限。因此，设计新的气凝胶构筑基元，从分子结构出发，研究其构效关系，从而解决气凝胶收缩、力学性能差的问题，具有重要意义。
技术实现思路
1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供满足
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种高韧性气凝胶，所述气凝胶含有基于柱[5]芳烃单体构筑的轮烷结构；
4、其中，柱[5]芳烃单体的结构式为：
5、
6、本专利技术还提供如上方案所述的高韧性气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)柱[5]芳烃单体的制备；
8、(2)将聚亚胺低聚物与溶于氯仿的柱[5]芳烃单体的主客体络合，制得基于柱芳烃的聚轮烷；
9、(3)抽干聚轮烷溶剂后，加入氯仿，直至充分溶解得到聚轮烷溶液；
10、(4)将溶于二甲基亚砜中的三(2-氨基乙基胺)溶液加入聚轮烷溶液中进行封端和交联，形成凝胶；
11、(5)将凝胶进行老化，老化之后进行溶剂交换，最后冷冻干燥制得气凝胶。
12、作为优选方案，所述步骤(1)包括以下步骤：
13、(a)将1，6-二溴己烷和k2co3加入反应容器中，再将溶解于乙腈的对苯二酚加入，抽-放氮气数次后在80～90℃反应至少10h，反应结束后抽滤取液体，旋蒸、拌料过柱子得到产物m1；
14、(b)将产物m1和对苯二甲醚溶于1，2-二氯乙烷，再加入多聚甲醛，接着边搅拌边加入催化剂醚合三氟化硼进行反应，反应结束后用饱和碳酸氢钠溶液淬灭，萃取、旋蒸、拌料过柱子得到产物m2；
15、(c)将产物m2和邻苯二甲酰亚胺钾溶于dmf，抽-放氮气数次后在80～95℃下反应至少10h，反应结束后加入蒸馏水旋蒸、拌料过柱子得到产物m3；
16、(d)将产物m3溶于甲醇，再加入水合肼，80～90℃下反应至少10h，反应结束后冷却抽滤，用甲醇洗涤，取抽滤物固体，干燥即为柱[5]芳烃单体。
17、作为优选方案，所述步骤(a)中，1，6-二溴己烷：k2co3：对苯二酚的摩尔比为(2～4)：(2～3)：1；
18、其中，对苯二酚的摩尔浓度为0.3～0.4mol/l。
19、作为优选方案，所述步骤(b)中，产物m1：对苯二甲醚：多聚甲醛：醚合三氟化硼的摩尔比为1：(7～9)：(25～30)：(8～10)；
20、其中，产物m1在1，2-二氯乙烷中的摩尔浓度为0.02～0.03mol/l。
21、作为优选方案，所述步骤(c)中，产物m2：邻苯二甲酰亚胺钾的摩尔比为1：(2～4)；
22、其中，产物m2在dmf中的摩尔浓度为0.015～0.025mol/l。
23、作为优选方案，所述聚亚胺低聚物的合成过程包括：溶于氯仿的对苯二甲醛溶液与溶于甲醇的1,6-己二胺溶液反应形成聚亚胺低聚物；其中，对苯二甲醛溶液的浓度为1.6～1.7mol/l，1,6-己二胺溶液的浓度为1.9～2.0mol/l，反应时间为6～12h，反应温度为20～35℃；
24、所述步骤(2)中，溶于氯仿的柱[5]芳烃单体溶液的浓度为0.04～0.06mol/l，反应时间为12～16h。
25、作为优选方案，所述步骤(4)中，三(2-氨基乙基胺)溶液的浓度为0.05～0.06mol/l，反应温度为20～35℃；
26、对苯二甲醛溶液、1,6-己二胺溶液、柱[5]芳烃单体溶液、三(2-氨基乙基胺)溶液的体积比为(1.95～2.05)：1：(0.95～1.05)：(13.45～13.55)。
27、作为优选方案，所述步骤(5)中，老化的温度为20～35℃，时间为24～36h；
28、所述溶剂交换分为两步：
29、第一步采用不同体积比的二甲基亚砜与无水乙醇的混合液依次进行溶剂交换，二甲基亚砜与无水乙醇的体积比依次减小，且最后一次的全部为无水乙醇；
30、第二步采用不同体积比的无水乙醇与水的混合液依次进行溶剂交换，无水乙醇与水的体积比依次减小，且最后一次的全部为水。
31、本专利技术还提供如上方案所述的气凝胶或如上任一方案所述的制备方法制得的气凝胶，用于锂电池隔膜。
32、本专利技术与现有技术相比，有益效果是：
33、本专利技术的高韧性气凝胶利用机械键实现的一种特殊的结构，与共价和非共价化合物不同，它是两个或多个组分在空间上的纠缠互锁，组分之间在不破坏或者扭曲原子之间的化学键就无法分离，存在高度的构象自由度。互锁组分之间可以产生分子内运动(即伸长、旋转、滑动和扭曲)，提供了耗散能量的途径。本专利技术将基于聚轮烷的机械互锁结构作为构筑基元引入气凝胶，在这种设计中，大环主体可以增加分子间距离以抵抗收缩，而机械互锁结构则可以作为交联点以增加强度；互锁结构的分子运动消耗能量，从而可以提高韧性。鉴于本专利技术的气凝胶良好力学性能、低导热系数、柱芳烃的疏水特性、交联结构中的亚胺键对锂离子的亲和力以及气凝胶本身的多孔结构促进锂离子运输，可应用于锂电池隔膜等领域。
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1.一种高韧性气凝胶，其特征在于，所述气凝胶含有基于柱[5]芳烃单体构筑的轮烷结构；
2.如权利要求1所述的高韧性气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中，1，6-二溴己烷：K2CO3：对苯二酚的摩尔比为(2～4)：(2～3)：1；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，产物M1：对苯二甲醚：多聚甲醛：醚合三氟化硼的摩尔比为1：(7～9)：(25～30)：(8～10)；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中，产物M2：邻苯二甲酰亚胺钾的摩尔比为1：(2～4)；
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚亚胺低聚物的合成过程包括：溶于氯仿的对苯二甲醛溶液与溶于甲醇的1,6-己二胺溶液反应形成聚亚胺低聚物；其中，对苯二甲醛溶液的浓度为1.6～1.7mol/L，1,6-己二胺溶液的浓度为1.9～2.0mol/L，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，三(2-氨基乙基胺)溶液的浓度为0.05～0.06mol/L，反应温度为20～35℃；
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，老化的温度为20～35℃，时间为24～36h；
10.如权利要求1所述的高韧性气凝胶或如权利要求2-9任一项所述的制备方法制得的高韧性气凝胶，其特征在于，用于锂电池隔膜。
...【技术特征摘要】
1.一种高韧性气凝胶，其特征在于，所述气凝胶含有基于柱[5]芳烃单体构筑的轮烷结构；
2.如权利要求1所述的高韧性气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中，1，6-二溴己烷：k2co3：对苯二酚的摩尔比为(2～4)：(2～3)：1；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，产物m1：对苯二甲醚：多聚甲醛：醚合三氟化硼的摩尔比为1：(7～9)：(25～30)：(8～10)；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中，产物m2：邻苯二甲酰亚胺钾的摩尔比为1：(2～4)；
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