×
Membran aramid nanofiber (ANF) mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pelbagai bidang disebabkan oleh sifat-sifat uniknya. Namun begitu, bagaimana untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya sambil mengurangkan kekonduksian haba telah menjadi tumpuan dan cabaran utama dalam bidang ini. Kaedah tradisional mempunyai batasan yang jelas dalam membina rangkaian ikatan hidrogen yang kuat untuk meningkatkan prestasi membran ANF; oleh itu, terdapat keperluan segera bagi strategi baharu untuk mengoptimumkan struktur dan prestasi membran ANF.
Ia menunjukkan proses penyediaan pAMNFs (proses deprotonasi pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), memaparkan perbandingan antara struktur ikatan hidrogen dwi-dimensi satah pANFs dan struktur ikatan hidrogen tiga-dimensi pAMNFs, melabelkan "Rangka 'hutan' Nanofiber", serta mengaitkannya dengan gambarajah berkaitan Kekuatan Mekanikal.
l Strategi Utama: Perkenalkan strategi "dwi-deprotonasi" untuk merawat gentian nanofiber aramid (ANFs) bagi membina rangkaian ikatan hidrogen tiga-dimensi.
Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FT-IR) dan Spektroskopi Fotoelektron Sinar-X (XPS) digunakan untuk menganalisis struktur kimia permukaan gentian dan mengesahkan perubahan kumpulan fungsi berkepolaran.
Mikroskopi Daya Atom (AFM) dan Mikroskopi Elektron Penskanan (SEM) digunakan untuk memerhatikan mikrotopografi gentian dan membran, supaya memahami pengoptimuman struktur.
l Ujian Prestasi:
Mesin ujian universal digunakan untuk menguji penunjuk prestasi mekanikal membran, seperti kekuatan tegangan dan modulus keanjalan. Meter kekonduksian terma berlaser digunakan untuk mengukur kekonduksian terma membran serta menilai prestasi penebatan terma mereka.
Ia merangkumi imej sensor ketinggian Mikroskop Daya Atom (AFM) (dengan data ketinggian pada kedudukan berbeza yang dilabelkan: 6.2 nm, 14.8 nm, 47.9 nm, dan sebagainya), imej Mikroskop Elektron Penskan (SEM) (perbandingan mikro morfologi antara pANFs dan pAMNFs-30 pada skala 500 nm), lengkung taburan saiz liang berdasarkan tekanan relatif, dan lengkung taburan isipadu liang berdasarkan saiz liang dengan kaedah Barrett-Joyner-Halenda (BJH), yang menunjukkan perbezaan mikrostruktur filem nipis sebelum dan selepas rawatan.
Satu rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi berjaya dibina. Kesannya dua kali deprotonasi menjana lebih banyak kumpulan berkutub pada permukaan gentian nanoaramid (ANFs), mencipta keadaan yang sesuai untuk pembentukan rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi antara gentian-gentian tersebut. Keputusan ujian Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FT-IR) dan Spektroskopi Fotoelektron Sinar-X (XPS) menunjukkan bahawa bilangan kumpulan berfungsi berkutub pada permukaan gentian meningkat secara ketara selepas rawatan, menyediakan lebih banyak tapak aktif untuk pembentukan ikatan hidrogen dan akhirnya membawa kepada kejayaan pembinaan satu rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi yang stabil.
Ia memaparkan beberapa set carta data sifat mekanikal: lengkung tegasan-tegangan regangan (membandingkan pANFs dengan pAMNFs dengan kandungan PMIA yang berbeza), graf hubungan antara kandungan PMIA dan sifat dalam pAMNFs, lengkung kesan suhu ke atas kekuatan/kekuatan ricih, dan rajah skematik pemindahan beban antara pANFs dan pAMNFs-30, secara intuitif menunjukkan kesan peningkatan sifat mekanikal.
Sifat Mekanikal Telah Meningkat Secara Ketara.
Dengan manfaat kesan sokongan daripada rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi, sifat mekanik membran gentian nanoaramid (ANF) telah meningkat dengan ketara. Data eksperimen menunjukkan bahawa berbanding membran gentian nanoaramid yang tidak dirawat, kekuatan tegangan membran komposit (pAMNFs) selepas rawatan depotonasi berganda boleh meningkat beberapa kali ganda, dan modulus keanjalan juga bertambah dengan ketara, memberikannya kelebihan persaingan yang lebih kuat dalam aplikasi bahan berkekuatan tinggi.
Ia merangkumi spektrum Transformasi Fourier Inframerah (FT-IR) (dengan kedudukan puncak ciri seperti N-H lenturan, C=O⋅⋅⋅H regangan, dan N-H regangan berlabel), spektrum tenaga pengikat orbital C 1s Spektroskopi Fotoelektron Sinar-X (XPS), lengkungan fungsi taburan jarak ikatan hidrogen, dan lengkungan jangka hayat ikatan hidrogen berbanding masa, yang mengesahkan perubahan dalam struktur kimia dan peningkatan interaksi ikatan hidrogen selepas dedua-protonan.
Kekonduksian Haba Berkurang Secara Ketara.
Keberadaan rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi memberikan kesan penghalang yang jelas terhadap pemindahan haba, menyebabkan pengurangan ketara dalam kekonduksian haba membran komposit (pAMNFs). Keputusan ujian menunjukkan bahawa kekonduksian haba membran ini boleh dikurangkan kepada tahap yang sangat rendah, menunjukkan prestasi penebat haba yang sangat baik dan mempamerkan potensi aplikasi yang bagus dalam bidang bahan penebat haba.
Pengoptimuman Mikrostruktur
Imej yang diambil melalui Mikroskopi Elektron Penskan (SEM) dan Mikroskopi Daya Atom (AFM) menunjukkan bahawa selepas rawatan deprotonasi berganda, gentian nanoaramid (ANFs) di dalam membran tersusun dengan lebih sekata, dan ikatan antara gentian menjadi lebih ketat, membentuk struktur mikro yang seragam dan padat. Pengoptimuman struktur ini merupakan salah satu sebab utama peningkatan kekuatan mekanikal filem dan pengurangan kekonduksian termalnya.
Ia memaparkan lengkung modulus penyimpanan/modulus kehilangan suhu, carta perbandingan konduktiviti terma (konduktiviti terma pAMNFs-30 adalah serendah 0.0626 W·m⁻¹·K⁻¹), lengkung analisis termogravimetri (TG), carta perbandingan kekuatan spesifik berbanding ketahanan bahan-bahan berbeza, dan perbandingan perubahan prestasi antara pAMNFs-30 dan pANFs dalam tempoh masa berbeza, secara menyeluruh menunjukkan kelebihan mekanikal dan terma filem nipis tersebut.
Strategi "penyahprotonan berganda" yang dicadangkan dalam kajian ini berjaya membina satu rangkaian ikatan hidrogen tiga dimensi dalam membran serat nano aramid (ANF). Ini tidak sahaja meningkatkan kekuatan mekanik membran secara berkesan tetapi juga mengurangkan kekonduksian haba membran secara ketara. Kaedah ini mempunyai operasi yang mudah dan kesan yang menonjol, memberikan pendekatan baharu untuk pengoptimuman prestasi bahan serat nano aramid. Pada masa depan, membran komposit berprestasi tinggi ini (pAMNFs) dijangka akan digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang seperti aeroangkasa, penyejukan peranti elektronik, dan bahan komposit berprestasi tinggi, seterusnya mempromosikan pembangunan teknologi dalam industri berkaitan.
EN
Berita Hangat
