Literatura académica sobre el tema "Thermotropic Ionic Liquid Crystals (TILCs)"

The synthesis and thermotropic behaviour of some di-alkyloxy-phenyl-1,2,4-triazolium trifluoromethane-sulfonate salts bearing a seven-carbon atom perfluoroalkyl chain on the cation is herein described. The fluorinated salts presenting a 1,2,4-triazole as a core and differing in the length of two alkyloxy chains on the phenyl ring demonstrated a typical liquid crystalline behaviour. The mesomorphic properties of this set of salts were studied by differential scanning calorimetry and polarized optical microscopy. The thermotropic properties are discussed on the grounds of the tuneable structures of the salts. The results showed the existence of a monotropic, columnar, liquid crystalline phase for the salts tested. An increase in the temperature mesophase range and the presence of two enantiotropic mesophases for the sixteen-atom alkyloxy chain salt can be observed by increasing the length of the alkyloxy chain on the phenyl ring.

A novel coarse-grained model for ethyl-imidazolium tetrafluoroborate ionic liquids were developed to study thermotropic phase behaviors of monomeric ionic liquids and to explore ion association structures and ion transport quantities in polymeric ionic liquids with different architectures.

Développer des études multi-échelles spatiales (nano/méso/micro-macroscopiques) et temporelles est crucial pour comprendre, maîtriser et piloter les relations liant la structure aux propriétés de transport ionique de matériaux fonctionnels hiérarchiquement auto-assemblés. C’est selon ces lignes de force que ce travail exploratoire se positionne pour relever les défis scientifiques associés. Il vise notamment à rassembler des éléments de compréhension pour générer de familles d'électrolytes à conduction (cat/an)ionique ajustables de par leur conception et pouvant être mises en œuvre par des processus robustes d'élaboration qui autoriseront leur intégration dans des dispositifs de conversion et stockage électrochimique de l’énergie plus efficaces. Les familles modèles de la matière molle (fonctionnelle) électrolytique choisies sont les Cristaux Liquides Ioniques Thermotropes (CLITs) qui combinent synergétiquement l’autoassemblage hiérarchique dynamique à travers différentes échelles à des facultés d’autoréparation pour encoder un transport ionique de dimensionnalité (quasi-1D/quasi-2D/3D) contrôlée. L’ingénierie moléculaire, la synthèse et l’étude de familles modèles de ces conducteurs (an/cat)ioniques (A/C)-CLITs stimuli-sensibles sont ainsi présentés et discutés dans ce travail de recherche.L’étude de l’organisation supramoléculaire d’une famille modèle de C-CLITs conducteurs des cations K+ et Na+ décrit i) une mésophase Cubique bicontinue (Cubbi) à symétrie Ia3d monotrope (c’est-à-dire qui se développe seulement lors de la première montée en température) et ii) une mésophase Colonnaire hexagonale (Colhex), sièges respectifs de processus de transport 3D et quasi-1D. Les parties ioniques polaires constituent le cœur des colonnes et les chaînes aliphatiques la périphérie de celles-ci. L’étude expérimentale et la modélisation du confinement des porteurs de charges au sein d’une famille modèle d’A-CLITs C18C18Im+/X- (X- = Br-, I-, N(CN)2-), formant des mésophases Smectiques A interdigitées (SmAd sièges d’un transport ionique anisotrope quasi-2D), révèlent un régime de nanoconfinement des anions soumis à des interactions électrostatiques au sein des sous-couches polaires (épaisseur de ca. 1 nm) de leur organisation lamellaire. L’étude de ces CLITs aborde ainsi l’impact fonctionnel de la mosaïcité, c’est-à-dire de la coexistence de domaines mésomorphes présentant des orientations et tailles différentes sur le transport ionique.Une première description expérimentale directe a permis de décrire le rôle de cette mosaïcité dynamique à la fois i) sur l’organisation à longue distance de domaines mésomorphes et ii) sur le transport ionique à l’échelle méso-/macro-scopique. Au sein des mésophases formées par le C-CLIT conducteur du cation K+, la mésophase Cubbi présente des valeurs de conductivité deux ordres de grandeur plus importantes que celles liées à la mésophase Colhex. La mésophase Cubbi ne nécessitant pas de stratégies spécifiques de gestion des défauts (faible densité de défauts/d’interfaces homophasiques), les sous-domaines polaires peuvent y percoler efficacement selon un mécanisme intrinsèquement 3D. L’ordre à longue distance des domaines dynamiques mésomorphes SmAd de l’A-CLIT C18C18Im+/N(CN)2-, induit par l’application d’un stimulus externe (un champ magnétique de 1 T), se traduit par une augmentation de ca. 1.6x la taille moyenne des domaines mésomorphes (de 92 à 145 nm) à 80°C. Du fait de la réduction du désordre et du nombre d’interfaces homophasiques (pouvant pénaliser le transport des anions), une augmentation naturelle (attendue) des valeurs de conductivités d’un facteur ca. x2.6 (9 à 25 µS·cm-1) est observée.In fine, les CLITs, matériaux électrolytiques 2.0 encodant propriétés de transport ionique et faculté (bio-inspirée) d’auto-assemblage/réparation dynamique, se positionnent comme une classe originale de matériaux fonctionnels stimuli-sensibles pour le stockage et la conversion électrochimique de l’énergie
Developing multi-scale spatial (nano/meso/micro-macroscopic) and temporal studies is crucial to understand, control, and pilot the relationships linking the structure to the ionic transport properties of hierarchically self-assembled functional materials. It is along these research lines that this exploratory work is positioned to meet their associated scientific challenges. It aims in particular to bring together elements of understanding for designing families of electrolytes with tuneable-by-design (cat/an)ionic conductivity levels and that can be implemented by reliable manufacturing processes to authorize their scalable integration into more efficient electrochemical energy conversion and storage devices. The scrutinized model families of soft-matter electrolytes are Thermotropic Ionic Liquid Crystals (TILCs), which synergistically combine dynamic hierarchical self-assembly with self-healing functionalities to encode dimensionality (quasi-1D/ quasi-2D/3D) controlled ionic transport. This research work presents and discusses the molecular engineering, syntheses and detailed studies of these model stimuli-responsive (An/Cat)ionic (A/C)-TILCs conductors.The study of the supramolecular organization of a model family of K+ and Na+ cation-conducting C-TILCs has unravelled i) a monotropic (i.e. which develops only during of the first heating scan) bicontinuous Cubic mesophase (Cubbi) with an Ia3d symmetry and ii) a hexagonal Columnar mesophase (Colhex), encoding 3D and quasi-1D transport processes, respectively. Polar ionic sub-domains are localized at the heart of the columns decorated at their periphery by aliphatic chains. The experimental study and modelling of the confinement of charge carriers within a model family of C18C18Im+/X- (X= Br-, I-, N(CN)2-) A-TILCs forming interdigitated Smectic A mesophases (SmAd are hosting quasi-2D anisotropic ionic transport) reveals a regime of nanoconfinement of anions subjected to electrostatic interactions within the ca. 1 nm-"thick" polar sub-layers within their lamellar organizations. The study of these TILCs thus addresses the functional impact of mosaicity, i.e. how the coexistence of mesomorphic domains presenting different orientations and sizes is impacting ionic transport.A first direct experimental description allows to describe the role of this dynamic mosaicity both i) on the long-range organization of mesomorphic domains and ii) onto ion transport at the meso-/macro-scopic scale. Within mesophases formed by the K+-cation conducting C-TILC, the Cubbi mesophase presents conductivity values two orders of magnitude greater than those associated to the Colhex mesophase. As the Cubbi mesophase does not require specific defect management strategies (low density of defects/homophasic interfaces), it turns out that polar subdomains can thus percolate efficiently according to an intrinsically 3D mechanism. In contrast, the long-range ordering of the (dynamic) SmAd mesomorphic domains of the C18C18Im+/N(CN)2- A-TILC, induced by the application of an external stimulus (here, a magnetic field of 1 T), results in a ca. x1.6 increase (from 92 to 145 nm) of the average size of mesomorphic domains at 80°C. Due to the reduction of the disorder and of the number of homophasic interfaces (which can penalize the transport of anions), a natural (expected) increase in conductivity values by a factor ca. x2.6 (9 to 25 µS·cm-1) is observed.Ultimately, TILCs, i.e. 2.0 electrolytic materials encoding ionic transport properties and (bioinspired) dynamic self-assembly/repairing functionalities, are consisting in an original class of stimuli-sensitive functional materials for the electrochemical conversion and storage of energy

碩士
輔仁大學
化學系
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The aim of our work is to synthesize and investigate liquid crystalline properties of N,N-dialkyl imidazolium derivatives (IM(OH)R2Br, n=10, 12, 14, 16, 18), N,N,O-trialkyl imidazolium (IMOR3Br, n=12, 14, 16, 18) and oligoethylene glycol substituted imidazolium salt. Because N,N,O-trialkyl imidazolium salts have hydroxyl group near the rigid part, we can compare these results with our previously reported simple N,N-dialkylimidazolium salts. Liquid crystalline behaviors of these compounds were investigated by differential scanning calorimetry and polarized optical microscopy. N,N,O-trialkyl imidazolium has higher melting point but smaller temperature range of liquid crystal phase. These may be due to the ether linkage near the rigid part. Both series exhibit smectic A mesophase. Attempts to synthesize oligoethylene glycol substituted imidazolium salts and the corresponding Pd-carbene complexes were unsuccessful.