Aramid-nanofiber (ANF)-membraner har bred anvendelsespotentiale i mange forskellige områder på grund af deres unikke egenskaber. Dog er det et aktuelt forskningsområde og en stor udfordring at forbedre deres mekaniske styrke samtidig med at termisk ledningsevne reduceres. Traditionelle metoder har tydelige begrænsninger i forhold til at opbygge stærke hydrogenbinding-netværk for at forbedre ydelsen af ANF-membraner, og der er derfor et akut behov for nye strategier til at optimere struktur og ydelse af ANF-membraner.
Det demonstrerer forberedelsesprocessen af pAMNFs (deprotoneringsprocessen af pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), præsenterer sammenligningen mellem den todimensionale planære brintbindingstruktur af pANFs og den tredimensionale brintbindingstruktur af pAMNFs, mærker "Nanofibers 'jungle frame'", og forbinder dette med det relevante diagram over mekanisk styrke.
l Kernestrategi: Introducér en "dobbelt deprotonering"-strategi til behandling af aramidnanofibre (ANFs) for at opbygge et tredimensionalt brintbindingsnetværk.
Fourier-transform infrarød spektroskopi (FT-IR) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) anvendes til at analysere fibrenes overfladiske kemiske struktur og bekræfte ændringer i polære funktionelle grupper.
Atomkraftmikroskopi (AFM) og scanningelektronmikroskopi (SEM) anvendes til at observere fibrenes og membranernes mikrotopografi for at forstå strukturel optimering.
l Ydelsesprøvninger:
En universalprøvemaskine bruges til at teste mekaniske ydelsesindikatorer for membraner, såsom trækstyrke og elasticitetsmodul. En laser-termisk ledningsevne-måler anvendes til at måle membraners termiske ledningsevne og evaluere deres termiske isoleringsydelse.
Det omfatter Atomic Force Microscopy (AFM)-højdesensorbilleder (med højdedata fra forskellige positioner angivet: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm osv.), Scanning Electron Microscopy (SEM)-billeder (sammenligning af mikromorfologier mellem pANFs og pAMNFs-30 ved 500 nm-skalaen), relative tryk-porestørrelsesfordelingskurver samt porevolumen-porestørrelsesfordelingskurver baseret på Barrett-Joyner-Halenda (BJH)-metoden, hvilket demonstrerer forskellene i tyndfilmsmikrostruktur før og efter behandling.
Et tredimensionalt hydrogenbindingnetværk blev succesfuldt konstrueret. Den dobbelte deprotoneringseffekt genererede flere polære grupper på overfladen af aramid-nanofibre (ANF'er), hvilket skabte gunstige betingelser for dannelse af et tredimensionalt hydrogenbindingnetværk mellem fibrerne. Testresultaterne fra Fourier-transform infrarød spektroskopi (FT-IR) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) viste, at antallet af polære funktionelle grupper på fibrenes overflade øgedes markant efter behandlingen, hvilket leverede flere aktive steder for dannelse af hydrogenbindinger og førte til en succesfuld konstruktion af et stabilt tredimensionalt hydrogenbindingnetværk.
Det præsenterer flere sæt med data for mekaniske egenskaber: trækkraft-spændingskurver (sammenligner pANFs med pAMNFs med forskellige PMIA-indhold), en graf over forholdet mellem PMIA-indhold og egenskaber i pAMNFs, kurver over temperaturindflydelse på styrke/sejhed og et skematisk diagram over interfacial lastoverførsel mellem pANFs og pAMNFs-30, som visuelt demonstrerer forbedringseffekten af mekaniske egenskaber.
Mekaniske Egenskaber Er Markant Forbedret.
Ved at drage fordel af den understøttende virkning af det tredimensionale hydrogenbindingnetværk er de mekaniske egenskaber for aramid-nanofiber (ANF)-membranen blevet markant forbedret. Eksperimentelle data viser, at sammenlignet med den ubehandlede aramid-nanofibermembran kan trækstyrken for kompositemembranen (pAMNFs) efter dobbelte deprotoneringsbehandling øges flere gange, og den elastiske modul er også markant forbedret, hvilket giver den en stærkere konkurrencefordel i anvendelsesscenarier med høj styrke.
Det inkluderer Fourier-transform infrarød (FT-IR) spektre (med positioner for karakteristiske toppe såsom N-H-bøjning, C=O⋅⋅⋅H-strækning og N-H-strækning mærket), røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) C 1s orbital bindingsenergispektrum, brintbinding-afstandsfordelingsfunktionskurver og brintbinding-levetid-mod-tid-kurver, som bekræfter ændringerne i den kemiske struktur og forbedringen af brintbindingsinteraktionen efter dobbelte deprotonering.
Varmeledningsevnen er markant reduceret.
Tilstedeværelsen af det tredimensionale brintbindingsnetværk udviser en tydelig hindrende virkning på varmeoverførsel, hvilket fører til en markant reduktion af varmeledningsevnen for den sammensatte membran (pAMNF'er). Testresultater viser, at varmeledningsevnen for denne membran kan reduceres til et ekstremt lavt niveau, hvilket demonstrerer fremragende varmeisolerende egenskaber og viser god anvendelsespotentiale inden for varmeisoleringsmaterialer.
Optimering af mikrostruktur
Billeder optaget med scanningelektronmikroskopi (SEM) og atomkraftmikroskopi (AFM) viser, at efter dobbelte deprotoneringsbehandling er aramid-nanofibre (ANF'erne) i membranen arrangeret mere regelmæssigt, og bindingen mellem fibre er tættere, hvilket danner en ensartet og kompakt mikrostruktur. Denne strukturelle optimering er en af de vigtige grunde til forbedringen af filmens mekaniske styrke og reduktionen af dens termiske ledningsevne.
Det viser kurver for lagringsmodulus\/tabmodulus-temperatur, sammenligningsdiagrammer over termisk ledningsevne (den termiske ledningsevne af pAMNFs-30 er så lav som 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), termogravimetriske analysekurver (TG), sammenligningsdiagrammer for specifik styrke vs. sejhed for forskellige materialer samt sammenligninger af prestationer mellem pAMNFs-30 og pANFs over forskellige tidsperioder og illustrerer dermed omfattende de mekaniske og termiske fordele ved tyndfilmen.
Den i denne undersøgelse foreslåede strategi med "dobbelt deprotonering" konstruerer med succes et tredimensionalt hydrogenbindingnetværk i aramid-nanofiber (ANF)-membraner. Dette forbedrer ikke alene membranernes mekaniske styrke markant, men reducerer også deres termiske ledningsevne. Metoden er kendetegnet ved simpel operation og bemærkelsesværdige effekter og giver en ny tilgang til optimering af aramid-nanofibermaterialers egenskaber. I fremtiden forventes denne højtydende sammensatte membran (pAMNFs) at finde bred anvendelse i flere områder såsom luftfart og rumfart, varmeafledning i elektroniske apparater og højtydende sammensatte materialer, og vil derved fremme den teknologiske udvikling i relaterede industrier.
EN
Seneste nyt
