冷却过程的动力学决定了基于低分子量凝胶剂的离子凝胶的性质。本文描述了热扫描电导法（TSC）的应用，该方法可对凝胶过程实现完全控制，并结合 原位 样品的温度和电导率测量。
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本文内容
摘要
摘要
热扫描电导法是一种研究基于低分子量凝胶剂的离子凝胶的新方法。该方法旨在追踪离子凝胶动态变化的状态，提供关于电导性能随温度升高或降低而发生细微变化的更多信息和细节。此外，该方法还可用于长期即 数天、数周）在恒定温度下进行测量，以研究体系的稳定性、耐久性及老化效应。与经典电导法相比，热扫描电导法（TSC）的主要优势在于能够在凝胶化过程中进行测量，而经典方法由于需要长时间的温度平衡，无法实现这一点。众所周知，要获得物理凝胶相，冷却过程必须快速；此外，不同的冷却速率可导致不同的微观结构。TSC方法可在外部温控系统所能保证的任意升/降温速率下进行，在本实验条件下，线性温度变化速率可在0.1至约10 °C/min范围内实现。热扫描电导法设计为循环运行，持续在加热与冷却阶段之间切换。该方式可研究热可逆凝胶-溶胶相变的重复性，同时允许对同一样品执行不同的实验方案，并可在无需将样品移出测量池的情况下将其恢复至初始状态（如需要）。因此，测量过程更加快速、高效，且具有更高的重复性与准确性。此外，TSC方法还可作为制备具有目标性能（如特定微观结构）离子凝胶的工具，并可即时表征其导电性能。
引言
热响应可逆离子凝胶
物理凝胶化是一种在溶剂分子存在下，通过自组装凝胶因子分子构建结构的过程。由于该现象所依赖的相互作用具有非共价特性（例如 氢键，范德华相互作用，色散力，静电作用力，π-π 堆积 等），这些体系具有热可逆性。这种热可逆性，加上凝胶剂的极低浓度以及可构建体系的广泛多样性，是物理凝胶相较于化学凝胶的主要优势之一。得益于物理凝胶状态的独特性质，离子凝胶具有易于回收、循环寿命长、物理性能增强等理想特性（例如 离子电导率）、易于生产以及降低生产成本。考虑到上述物理凝胶的优点（这些凝胶已具有广泛的应用范围1,2,3,4），这些被认为可作为电解质固化的替代方法，并用于制备离子凝胶5,6,7,8然而，传统的电导率法对于追踪此类动态变化的系统而言，灵敏度和准确性均不足，因此无法检测凝胶基质中离子的相变及增强的动力学行为
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方案
1. TSC测量实验位点的准备
- 为测量TSC方法的完整特性，使用配备四电极电导池的商用导电仪（对于低电导率样品，也可使用双电极电导池）以及温度传感器。将其连接至计算机，并记录样品的电导率和温度（研究案例中使用的样品为4% wt%的甲基-4,6-O-(对硝基亚苄基)-α-D-吡喃葡萄糖苷溶于1 M四乙基溴化铵（TEABr）的甘油（Glyc）溶液，离子凝胶样品的制备方法见第3段），同时记录计算机时间。
- 为实现自动读数，使用导电仪制造商提供的配套软件，并将测量模式设置为连续测量，每1秒记录一次数据。
- 准备氮气管线（将高压氮气罐充入液氮并开始蒸发，以在氮气管线中获得气态氮气），将压力设定为2 bar并调节所需流量，然后借助制冷机降低氮气的初始温度。
- 将样品瓶的螺口盖紧密安装在电导传感器上，并用一段聚四氟乙烯（PTFE）胶带固定（对于易挥发样品至关重要）（见图2）。
2. 电解质溶液的制备
- 通过将适量的甘油（作为溶剂）与溴化四乙基铵（TEABr）（作为溶质）混合来配制电解质溶液；根据所需浓度使用天平准确称取相应质量的化合物，置于密闭玻璃小瓶中，在100 °C下加热15分钟。
- 随后，将混合物搅拌1分钟，并再次在100 °C下加热5分钟，以确保所有溶质完全溶解且混合物均匀。
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结果
有机离子凝胶是一类新型功能材料，有望成为聚合物凝胶电解质的替代方案。然而，要实现这一目标，必须对这些凝胶进行深入研究和全面理解。由于凝胶化过程具有热可逆性，且温度与相态变化具有动态特性，因此需要一种新的实验方法，以实现数据记录并检测温度变化过程中的细微变化。热扫描电导法是唯一能够在升降温循环过程中同步记录样品电导率和温度，并实现温度线性变化的方法。TSC 方法是首个能够在凝胶化过程中进行测量的方法，可提供离子凝胶样品在此阶段性质变化的新细节。
图4： 对离子.......
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讨论
热扫描电导法是一种新的实验方法，已被证明是研究动态变化系统的高效且有效的方式，例如基于低分子量凝胶剂、电解质或离子液体的离子凝胶。然而，该方法的应用并不局限于离子凝胶。TSC 方法可轻松应用于其他类型的导电软物质体系，如水凝胶、乳液、乳膏，或任何可插入电导传感器并含有电荷载流子的体系。该方法的局限性在于其对电导传感器本身的依赖性以及可处理样品类型的限制，但该方案可与任何其他类型的电导池联用，从而将该方法的应用范围扩展至导电物理凝胶之外。由于 TSC 方法具有连续的升降温循环工作流程，因此可以研究底物不同物理性质的影响，例如溶液的初始黏度，以考察其对所形成体系性质（如凝胶相的刚度）的影响。由于 TSC 方法对相变过程极为敏感，能够检测类似固体的样品向液态的转变，因此凝胶的刚度越高，在更高的相变温度下观察到的异常信号也越大。
要全面了解所研究的系统，必须对1进行分析st 通过加热-冷却循环中记录数据的导数分析，确定所研究系统中不同相的存在，Tgs 和 Tsg 相变温度、导电性能的稳定性和可重复性
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披露
作者无任何利益冲突需要披露
致谢
本工作的资金支持由国家科学中心提供，项目编号为 DEC-2013/11/D/ST3/02694。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| SevenCompact S230 电导率仪 | Mettler-Toledo | 配备 InLab 710 传感器 | |
| 自制 VTC | |||
| LabX PH 3.2 软件 | Mettler-Toledo | 用于数据采集的软件 | |
| 溴化四乙基铵 | Sigma-Aldrich | 140023 | |
| 甘油 | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| 甲基-4,6-O-(对硝基亚苄基)-α-D-吡喃葡萄糖 | 根据 Gronwald O., Shinkai S.，《化学学会志，第二部分：珀金通讯》，1933–1937 (2001) 中的方法合成 | ||
| [im]HSO4 | 由伊朗伊斯兰共和国哈马丹布-阿里·西纳大学化学学院 Mohammad Ali Zolfigol 教授课题组合成，合成方法见 Bielejewski M., Ghorbani M., Zolfigol M., Tritt-Goc J., Noura S., Narimani M., Oftadeh M.，《RSC 进展》，6, 108896–108907 (2016) Bu-Ali Sina University Hamedan, I.R.Iran | ||
| 聚丙烯小瓶 | Paradox 公司，波兰克拉科夫 | PTC 088 | www.insectnet.eu |
参考文献
- Bielejewski, M. Novel approach in determination of ionic conductivity and phase transition temperatures in gel electrolytes based on Low Molecular Weight Gelators. Electochim. Acta. 174, 1141-1148 (2015).
- Bielejewski, M., Łapiński, A., Luboradzki, R., Tritt-Goc, J. Influence of solvent on the thermal stability and organization of self-assembling fibrillar networks in methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside gels. Tetrahedron. 67<....
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