×
Az aramid nanoszál (ANF) membránoknak széles körű alkalmazási lehetőségeik vannak különféle területeken egyedi tulajdonságaiknak köszönhetően. Azonban jelenlegi kutatási fókusz és e terület egyik fő kihívása az, hogyan lehetne növelni mechanikai szilárdságukat miközben csökkenteni lehet hővezető-képességüket. A hagyományos módszereknek nyilvánvaló korlátai vannak a jól fejlett hidrogénkötéses hálózatok kialakításában az ANF membránok teljesítményének javításához; ezért sürgős szükség van új stratégiákra az ANF membránok szerkezetének és teljesítményének optimalizálásához.
Bemutatja a pAMNF-k előkészítési folyamatát (a pANF-k deprotonálási folyamata → pANF-k/PMIA → pAMNF-k), összehasonlítást nyújt a pANF-k kétdimenziós síkbeli hidrogénkötési szerkezete és a pAMNF-k háromdimenziós hidrogénkötési szerkezete között, feltünteti a „Nanofiberek 'dzsungelkerete'” megnevezést, és összekapcsolja azt a Mechanikai Szilárdság diagrammal.
l Mag-stratégia: Bevezet egy „dupla deprotonálás” stratégiát arra, hogy aromás nanofibereket (ANF-eket) kezeljünk a háromdimenziós hidrogénkötési hálózat kialakításához.
Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia (FT-IR) és röntgenfotoelektron-spektroszkópia (XPS) alkalmazásra kerül a szálak felületi kémiai szerkezetének elemzésére és a poláris funkciós csoportokban bekövetkezett változások igazolására.
Atomerő mikroszkópia (AFM) és pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) használatos a szálak és membránok mikroszkopikus topográfiájának megfigyelésére, ezzel megértve a szerkezet optimalizálását.
l Teljesítménytesztek:
Egy univerzális vizsgálógépet használnak a membránok mechanikai teljesítményjellemzőinek vizsgálatára, mint például a szakítószilárdság és az rugalmassági modulus. Egy lézeres hővezetőképesség-mérőt alkalmaznak a membránok hővezetőképességének mérésére és hőszigetelési teljesítményük értékelésére.
Tartalmazza az Atomerő-mikroszkópia (AFM) magasságmérő képeit (a különböző helyeken mért magasságadatokkal: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm stb.), pásztázó elektronmikroszkópiai (SEM) képeket (a mikromorfológia összehasonlítása pANF-ek és pAMNF-30 között 500 nm-es skálán), a relatív nyomás-pórusméret eloszlási görbéket, valamint a Barrett-Joyner-Halenda (BJH) módszerrel kapott pórustérfogat-pórusméret eloszlási görbéket, amelyek az után és előtt kezelt vékony filmek mikroszerkezetének különbségeit mutatják be.
Egy háromdimenziós hidrogénkötési háló sikeresen létrejött. A dupla deprotonációs hatás több poláris csoportot hozott létre az aramid nanoszálak (ANF) felületén, így elősegítve a szálak közötti háromdimenziós hidrogénkötési háló kialakulását. A Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia (FT-IR) és az Röntgenfotoelektron-spektroszkópia (XPS) vizsgálati eredményei azt mutatták, hogy a kezelés után jelentősen megnőtt a poláris funkciós csoportok száma a szálak felületén, több aktív helyet biztosítva a hidrogénkötések kialakulásához, végül is egy stabil háromdimenziós hidrogénkötési háló sikeres kialakulásához vezetve.
Több különböző mechanikai tulajdonságadat-készletet mutat be: húzási feszültség-deformációs görbék (pANF-ek és különböző PMIA-tartalmú pAMNF-ek összehasonlításával), grafikon a pAMNF-ekben lévő PMIA-tartalom és tulajdonságok közötti összefüggésről, a hőmérséklet hatását szemléltető görbék a szilárdságra/szívósságra, valamint egy vázlatos ábra az interfacialis terhelésátvitelről a pANF-ek és a pAMNF-30 között, szemléletesen bemutatva a mechanikai tulajdonságok javulását.
A mechanikai tulajdonságok jelentősen javultak.
A háromdimenziós hidrogénkötési hálózat támogató hatásának köszönhetően az aramid nanoszál (ANF) membrán mechanikai tulajdonságai jelentősen javultak. Kísérleti adatok azt mutatják, hogy az eredeti aramid nanoszál membránhoz képest a dupla deprotonálási kezelés után előállított kompozit membrán (pAMNFs) szakítószilárdsága többszörösen növekedhet, és rugalmassági modulusa is jelentősen javul, amely így nagy szilárdságú anyagalkalmazási területeken erősebb versenyelőnyt biztosít számára.
Ez magában foglalja a Fourier-transzformációs infravörös (FT-IR) spektrumokat (jellegzetes csúcsok helyével, mint például N-H hajlítás, C=O⋅⋅⋅H nyújtás és N-H nyújtás megjelölve), röntgenfotoelektron-spektroszkópia (XPS) C 1s pálya kötési energiaspektrumokat, hidrogénkötés-távolságeloszlás-függvénygörbéket és hidrogénkötés-élettartam-időgörbéket, amelyek igazolják a kémiai szerkezet változásait és a hidrogénkötéses kölcsönhatás fokozódását dupla deprotonálás után.
A hővezető képesség jelentősen csökkent.
A háromdimenziós hidrogénkötéses hálózat jelenléte nyilvánvalóan akadályozza a hőátvitelt, ami a kompozitmembrán (pAMNFs) hővezető képességének jelentős csökkenéséhez vezet. A teszteredmények azt mutatják, hogy ennek a membránnak a hővezető képessége rendkívül alacsony szintre csökkenthető, kiváló hőszigetelő teljesítményt mutat be, és jó alkalmazási potenciállal bír a hőszigetelő anyagok területén.
Mikroszerkezet-optimalizálás
A pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) és az atomerő-mikroszkópia (AFM) által készített felvételek azt mutatják, hogy a dupla deprotonálási kezelés után az aromás poliamid nanoszálak (ANF-k) a membránban rendezettebben helyezkednek el, és a szálak közötti kötés szorosabb, ezzel egyenletes és sűrű mikroszerkezetet képezve. Ez a szerkezeti optimalizálás az egyik fontos oka a fólia mechanikai szilárdságának javulásának és hővezető-képességének csökkenésének.
A tárolási modulus/veszteségmodulus-hőmérséklet görbéket, hővezetőképesség-összehasonlító diagramokat (a pAMNFs-30 hővezetőképessége mindössze 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), termogravimetriás (TG) görbéket, különböző anyagok törőerő- és törékenység-összehasonlító diagramjait, valamint a pAMNFs-30 és a pANFs teljesítményváltozásainak összehasonlítását különböző időszakokban mutatja be, amelyek komplex módon demonstrálják a vékony film mechanikai és termikus előnyeit.
A tanulmányban javasolt „dupla deprotonálás” stratégia sikeresen kialakít egy háromdimenziós hidrogénkötéses hálózatot aramid nanoszál (ANF) membránokban. Ez nemcsak hatékonyan javítja a membránok mechanikai szilárdságát, hanem jelentősen csökkenti hővezető képességüket is. A módszer egyszerű műveletet és figyelemre méltó eredményeket kínál, új megközelítést nyújtva az aramid nanoszál alapú anyagok teljesítményének optimalizálásához. A jövőben ezt a nagy teljesítményű kompozit membránt (pAMNFs) várhatóan széles körben alkalmazzák többek között az űriparban, elektronikus eszközök hőelvezetésében és nagy teljesítményű kompozit anyagokban, ezzel elősegítve a kapcsolódó iparágak technológiai fejlődését.
EN
Forró hírek
