Les membranes de nanofibra d'aramida (ANF) tenen àmplies perspectives d'aplicació en diversos camps a causa de les seves propietats úniques. No obstant això, com millorar la seva resistència mecànica reduint alhora la conductivitat tèrmica s'ha convertit en un focus d'investigació actual i un gran desafiament en aquest camp. Els mètodes tradicionals tenen limitacions evidents en la construcció de xarxes de lligams d'hidrogen forts per millorar el rendiment de les membranes ANF; per tant, existeix una necessitat urgent de noves estratègies per optimitzar l'estructura i el rendiment de les membranes ANF.
Demostra el procés de preparació dels pAMNFs (el procés de deprotonació dels pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), presenta la comparació entre l'estructura de l'enllaç d'hidrogen bidimensional planar dels pANFs i l'estructura de l'enllaç d'hidrogen tridimensional dels pAMNFs, etiqueta el "marc de 'jungle' de nanofibres", i l'associa amb el diagrama rellevant de Resistència Mecànica.
l Estratègia Clau: Introduir una estratègia de "doble deprotonació" per tractar nanofibres d'aramida (ANFs) amb l'objectiu de construir una xarxa d'enllaços d'hidrogen tridimensional.
Es fa servir l'espectroscòpia infraroja amb transformada de Fourier (FT-IR) i l'espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS) per analitzar l'estructura química superficial de les fibres i verificar els canvis en els grups funcionals polars.
Es fan servir la microscòpia de força atòmica (AFM) i la microscòpia electrònica de rastreig (SEM) per observar la microtopografia de les fibres i membranes, amb la finalitat de comprendre l'optimització estructural.
l Proves de Rendiment:
Una màquina universal d'assaig s'utilitza per provar els indicadors de rendiment mecànic de les membranes, com ara la resistència a la tracció i el mòdul d'elasticitat. Un mesurador làser de conductivitat tèrmica s'aplica per mesurar la conductivitat tèrmica de les membranes i avaluar el seu rendiment tèrmic d'aïllament.
Inclou imatges del sensor d'altura de Microscòpia de Força Atòmica (AFM) (amb dades d'altura en diferents posicions etiquetades: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm, etc.), imatges de Microscòpia Electrònica de Balcó (SEM) (comparació de micro morfologies entre pANFs i pAMNFs-30 a l'escala de 500 nm), corbes de distribució de mida dels poros en funció de la pressió relativa, i corbes de distribució del volum porós en funció de la mida dels poros basades en el mètode Barrett-Joyner-Halenda (BJH), que demostren les diferències en la microestructura de les pel·lícules fines abans i després del tractament.
S'ha construït amb èxit una xarxa de ponts d'hidrogen tridimensional. L'efecte de doble desprotonació va generar més grups polars a la superfície de les nanofibres d'aramida (ANFs), creant condicions favorables per a la formació d'una xarxa de ponts d'hidrogen tridimensional entre les fibres. Els resultats de les proves de l'Espectroscòpia Infraroja de Transformada de Fourier (FT-IR) i de l'Espectroscòpia de Fotoelectrons de Raigs X (XPS) van mostrar que el nombre de grups funcionals polars a la superfície de les fibres va augmentar significativament després del tractament, proporcionant més llocs actius per a la formació de ponts d'hidrogen i conduint, finalment, a la construcció amb èxit d'una xarxa de ponts d'hidrogen tridimensional estable.
Presenta múltiples conjunts de gràfics amb dades de propietats mecàniques: corbes de tensió-deformació a la tracció (comparant pANFs amb pAMNFs amb diferents continguts de PMIA), un gràfic de la relació entre el contingut de PMIA i les propietats en pAMNFs, corbes de l'efecte de la temperatura sobre la resistència/tenacitat, i un diagrama esquemàtic del traspass de càrrega interfacial entre pANFs i pAMNFs-30, demostrant intuïtivament l'efecte d'augment de les propietats mecàniques.
Les Propietats Mecàniques Són Remarcadament Millorades.
Aprofitant l'efecte de suport de la xarxa de lligams d'hidrogen tridimensional, les propietats mecàniques de la membrana de nanofibra d'aramida (ANF) s'han millorat considerablement. Les dades experimentals mostren que, en comparació amb la membrana de nanofibra d'aramida no tractada, la resistència a la tracció de la membrana composta (pAMNFs) després d'un tractament de doble desprotonació pot augmentar diverses vegades, i el mòdul d'elasticitat també millora significativament, dotant-la d'una avantatge competitiva més fort en escenaris d'aplicació de materials d'alta resistència.
Inclou espectres de la transformada de Fourier infraroja (FT-IR) (amb les posicions dels pics característics com ara flexió N-H, estirament C=O⋅⋅⋅H i estirament N-H etiquetats), espectres d'energia de l'orbital C 1s de l'espectroscòpia fotoelectrònica de raig X (XPS), corbes de funció de distribució de distàncies d'enllaç d'hidrogen i corbes de vida mitjana de l'enllaç d'hidrogen respecte al temps, verificant els canvis en l'estructura química i el reforç de la interacció d'enllaç d'hidrogen després de la doble desprotonació.
La Conductivitat Tèrmica Es Redueix de manera significativa.
La presència de la xarxa tridimensional d'enllaços d'hidrogen exerceix un efecte evident de bloqueig sobre la transferència de calor, provocant una reducció significativa de la conductivitat tèrmica de la membrana composta (pAMNFs). Els resultats dels tests mostren que la conductivitat tèrmica d'aquesta membrana es pot reduir fins a un nivell extremadament baix, demostrant un excel·lent rendiment d'aïllament tèrmic i mostrant un bon potencial d'aplicació en el camp dels materials aïllants tèrmics.
Optimització de la Microestructura
Les imatges captades mitjançant microscòpia electrònica d'escombratge (SEM) i microscòpia de força atòmica (AFM) mostren que, després del tractament de doble desprotonació, les nanofibres d'aramida (ANF) a la membrana estan més regularment ordenades i la unió entre les fibres és més estreta, formant una microestructura uniforme i densa. Aquesta optimització estructural és una de les raons importants per a la millora de la resistència mecànica de la pel·lícula i la reducció de la seva conductivitat tèrmica.
Presenta corbes del mòdul d'emmagatzematge/mòdul de pèrdua en funció de la temperatura, gràfics comparatius de conductivitat tèrmica (la conductivitat tèrmica del pAMNFs-30 és tan baixa com 0.0626 W·m⁻¹·K⁻¹), corbes d'anàlisi termogravimètrica (TG), gràfics comparatius de resistència específica respecte a tenacitat de diferents materials, i comparacions dels canvis de rendiment entre pAMNFs-30 i pANFs al llarg de diferents períodes de temps, demostrant exhaustivament les avantatges mecàniques i tèrmiques de la pel·lícula fina.
L'estratègia de "doble desprotonació" proposada en aquest estudi construeix amb èxit una xarxa de ponts d'hidrogen tridimensional en membranes de nanofibra d'aramida (ANF). Això no només millora eficaçment la resistència mecànica de les membranes, sinó que també redueix significativament la seva conductivitat tèrmica. El mètode destaca per la seva operació senzilla i efectes remarcables, proporcionant una nova via per a l'optimització de les propietats dels materials de nanofibra d'aramida. En el futur, s'espera que aquesta membrana composta d'alta prestació (pAMNFs) s'apliqui àmpliament en múltiples àmbits com l'aeroespacial, la dissipació de calor en dispositius electrònics i materials compostos d'alta prestació, contribuint al desenvolupament tecnològic de sectors relacionats.
EN
Notícies calentes 
