×
Aramidové nanovlákenné (ANF) membrány mají díky svým jedinečným vlastnostem široké uplatnění v mnoha oblastech. Jak však dále zvýšit jejich mechanickou pevnost a zároveň snížit tepelnou vodivost, se v současnosti stalo výzkumným zájmem a hlavní výzvou v tomto oboru. Tradiční metody mají zřejmé omezení při vytváření silných vodíkových vazebných sítí pro zlepšení vlastností ANF membrán, a proto je naléhavě potřeba nových strategií pro optimalizaci struktury a vlastností ANF membrán.
Ukazuje přípravný proces pAMNFs (deprotonační proces pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), přináší srovnání dvourozměrné planární vodíkové vazby pANFs a třírozměrné vodíkové vazby pAMNFs, označuje "nanovlákna 'džunglový rám'" a propojuje to s příslušným diagramem mechanické pevnosti.
l Jádrová strategie: Zavést strategii "dvojité deprotonace" pro úpravu aramidových nanovláken (ANFs) za účelem vytvoření třírozměrné sítě vodíkových vazeb.
Fourierovu transformaci infračervené spektroskopie (FT-IR) a rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii (XPS) využíváme k analýze povrchové chemické struktury vláken a k ověření změn polárních funkčních skupin.
Atomární silovou mikroskopii (AFM) a skenovací elektronovou mikroskopii (SEM) používáme k pozorování mikrotopy vláken a membrán, aby bylo možné pochopit strukturální optimalizaci.
l Testování vlastností:
Univerzální zkušební stroj se používá k testování mechanických vlastností membrán, jako je pevnost v tahu a modul pružnosti. K měření tepelné vodivosti membrán a k hodnocení jejich tepelně izolačních vlastností se používá laserový měřič tepelné vodivosti.
Zahrnuje snímky výškového senzoru z atomárního silového mikroskopu (AFM) (s výškovými údaji na různých pozicích označenými: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm atd.), snímky z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) (porovnání mikromorfologie pANF a pAMNF-30 v měřítku 500 nm), křivky rozdělení velikosti pórů v závislosti na relativním tlaku, a křivky rozdělení objemu pórů v závislosti na velikosti pórů získané metodou Barrett-Joyner-Halenda (BJH), které dokumentují rozdíly v mikrostruktuře tenkých vrstev před a po zpracování.
Byla úspěšně vytvořena trojrozměrná síť vodíkových vazeb. Efekt dvojité deprotonace generoval na povrchu aramidových nanovláken (ANF) více polárních skupin, čímž vznikly příznivé podmínky pro vytvoření trojrozměrné sítě vodíkových vazeb mezi vlákny. Výsledky testů získané Fourierovou transformací infračervené spektroskopie (FT-IR) a rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) ukázaly, že po ošetření se výrazně zvýšil počet polárních funkčních skupin na povrchu vláken, čímž bylo poskytnuto více aktivních míst pro vznik vodíkových vazeb a nakonec byla úspěšně vytvořena stabilní trojrozměrná síť vodíkových vazeb.
Ukazuje několik sad grafů mechanických vlastností: křivky tahového napětí a deformace (srovnání pANF s pAMNF s různým obsahem PMIA), graf vztahu mezi obsahem PMIA a vlastnostmi v pAMNF, křivky vlivu teploty na pevnost\/houževnatost a schématický diagram přenosu zatížení na rozhraní mezi pANF a pAMNF-30, který názorně demonstruje zlepšení mechanických vlastností.
Mechanické vlastnosti jsou výrazně zvýšeny.
Díky podpůrnému účinku trojrozměrné sítě vodíkových vazeb byly výrazně zlepšeny mechanické vlastnosti aramidové nanovláknité (ANF) membrány. Experimentální údaje ukazují, že ve srovnání s neupravenou aramidovou nanovláknitou membranou lze po dvojité deprotonační úpravě zvýšit pevnost v tahu kompozitní membrány (pAMNFs) několikanásobně a také výrazně zvýšit modul pružnosti, čímž získává větší konkurenční výhodu v oblasti použití materiálů s vysokou pevností.
Zahrnuje spektra Fourierovy transformace infračervené (FT-IR) s polohami charakteristických píků, jako jsou N-H ohyb, C=O⋅⋅⋅H prodlužování a N-H prodlužování (označené), rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii (XPS) spektra vazebné energie C 1s orbitalu, křivky distribuční funkce vzdálenosti vodíkových vazeb a křivky životnosti vodíkových vazeb v závislosti na čase, čímž se ověřují změny chemické struktury a posilování interakce vodíkových vazeb po dvojité deprotonaci.
Tepelná vodivost je výrazně snížena.
Přítomnost trojrozměrné sítě vodíkových vazeb má zřetelný brzdný účinek na přenos tepla, což vede k výraznému poklesu tepelné vodivosti kompozitní membrány (pAMNFs). Výsledky testů ukazují, že tepelná vodivost této membrány může být snížena na velmi nízkou úroveň, čímž prokazuje vynikající tepelně izolační vlastnosti a vykazuje dobrý aplikační potenciál v oblasti tepelně izolačních materiálů.
Optimalizace mikrostruktury
Obrázky pořízené pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) a mikroskopie atomárních sil (AFM) ukazují, že po dvojitém odprotonačním zpracování jsou aramidová nanovlákna (ANF) v membráně uspořádána pravidelněji a vazba mezi vlákny je těsnější, čímž vzniká rovnoměrná a hustá mikrostruktura. Tato strukturální optimalizace je jedním z důležitých důvodů pro zlepšení mechanické pevnosti a snížení tepelné vodivosti filmu.
Zobrazuje křivky modulu pružnosti/modulu ztrát v závislosti na teplotě, grafy srovnávající tepelnou vodivost (tepelná vodivost pAMNFs-30 je až 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), termogravimetrické (TG) křivky, grafy srovnávající specifickou pevnost a houževnatost různých materiálů a srovnání změn vlastností mezi pAMNFs-30 a pANFs v průběhu různých časových období, čímž komplexně dokumentuje mechanické a tepelné výhody tenké vrstvy.
Strategie "dvojité deprotonace", navržená v této studii, úspěšně vytváří trojrozměrnou síť vodíkových vazeb v membránách z aramidových nanovláken (ANF). To nejen efektivně zlepšuje mechanickou pevnost membrán, ale také výrazně snižuje jejich tepelnou vodivost. Metoda je charakterizována jednoduchým provedením a pozoruhodnými účinky, čímž poskytuje nový přístup k optimalizaci vlastností aramidových nanovlákenných materiálů. V budoucnu se předpokládá široké využití této kompozitní membrány (pAMNFs) v mnoha oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl, odvod tepla z elektronických zařízení a vysokovýkonné kompozitní materiály, čímž bude podporován technologický rozvoj příslušných odvětví.
EN
Aktuální novinky
