Aramiden nanovezel (ANF) membranen hebben brede toepassingsmogelijkheden in vele gebieden door hun unieke eigenschappen. Echter, hoe hun mechanische sterkte verder te verhogen en tegelijkertijd de thermische geleidbaarheid te verlagen, is momenteel een onderzoeksfocus en grote uitdaging in dit vakgebied. Traditionele methoden hebben duidelijke beperkingen bij de opbouw van sterke waterstofbrugnetwerken om de prestaties van ANF-membranen te verbeteren; daarom is er dringend behoefte aan nieuwe strategieën om de structuur en prestaties van ANF-membranen te optimaliseren.
Het toont het bereidingsproces van pAMNFs (het deprotonatieproces van pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), geeft een vergelijking tussen de tweedimensionale vlakke waterstofbrugstructuur van pANFs en de driedimensionale waterstofbrugstructuur van pAMNFs, labelt het "Nanovezels 'jungle frame'", en koppelt dit aan het relevante diagram van Mechanische Sterkte.
l Kernstrategie: Introduceer een "dubbele deprotonatie"-strategie om aramide nanovezels (ANFs) te behandelen voor de opbouw van een driedimensionaal waterstofbrugennetwerk.
Fourier-transform infraroodspectroscopie (FT-IR) en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) worden gebruikt om de oppervlaktechemische structuur van de vezels te analyseren en wijzigingen in polaire functionele groepen te verifiëren.
Atomaire krachtmicroscopie (AFM) en Scanning elektronenmicroscopie (SEM) worden gebruikt om de microtopografie van vezels en membranen te observeren, teneinde de structuuroptimalisatie te begrijpen.
l Prestatietests:
Een universele testmachine wordt gebruikt om de mechanische prestatie-indicatoren van membranen te testen, zoals treksterkte en elasticiteitsmodulus. Een laser warmtegeleidingsmeter wordt gebruikt om de warmtegeleidbaarheid van membranen te meten en hun thermische isolatieprestaties te beoordelen.
Dit omvat Atomic Force Microscopy (AFM) hoogtesensorafbeeldingen (met hoogtedata op verschillende posities gelabeld: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm, enz.), Scanning Electron Microscopy (SEM)-afbeeldingen (vergelijking van micro-morfologieën tussen pANFs en pAMNFs-30 op schaal van 500 nm), relatieve druk-poriegrootteverdelgingskrommen en Barrett-Joyner-Halenda (BJH)-methode gebaseerde porievolumeporiegrootteverdelgingskrommen, die de verschillen in microstructuur van de dunne films vóór en na behandeling demonstreren.
Er is met succes een driedimensionaal waterstofbrugennetwerk opgebouwd. Het dubbele deprotonatie-effect genereerde meer polaire groepen op het oppervlak van aramide nanovezels (ANF's), waardoor gunstige voorwaarden werden gecreëerd voor de vorming van een driedimensionaal waterstofbrugennetwerk tussen de vezels. De testresultaten van Fourier Transformatie Infrarood Spectroscopie (FT-IR) en röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) toonden aan dat het aantal polaire functionele groepen op het vezeloppervlak aanzienlijk toename na de behandeling, waardoor meer actieve plaatsen voor de vorming van waterstofbruggen werden geboden en uiteindelijk leidend tot de succesvolle opbouw van een stabiel driedimensionaal waterstofbrugennetwerk.
Het presenteert meerdere sets grafieken van mechanische eigenschappen: trekspanning-rekcurves (vergelijking van pANFs met pAMNFs met verschillende PMIA-gehaltes), een grafiek die het verband weergeeft tussen PMIA-gehalte en eigenschappen in pAMNFs, curves die het effect van temperatuur op sterkte\/taaiheid laten zien, en een schematisch diagram van de interfaciale belastingsoverdracht tussen pANFs en pAMNFs-30, waarin op intuïtieve wijze het verbeterende effect op de mechanische eigenschappen wordt gedemonstreerd.
Mechanische eigenschappen zijn aanzienlijk verbeterd.
Profiterend van het ondersteunende effect van het driedimensionale waterstofbrugennetwerk zijn de mechanische eigenschappen van het aramide nanovezel (ANF) membraan aanzienlijk verbeterd. Experimentele gegevens tonen aan dat, vergeleken met het onbehandelde aramide nanovezelmembraan, de treksterkte van het composietmembraan (pAMNFs) na dubbele deprotonatiebehandeling meerdere keren kan worden verhoogd, en de elasticiteitsmodulus is ook aanzienlijk verbeterd, wat het een sterkere concurrentievoordeel oplevert in toepassingsscenario's voor hoogsterkte materialen.
Het bevat Fourier-transform infrarood (FT-IR) spectra (met posities van karakteristieke pieken zoals N-H buigen, C=O⋅⋅⋅H uitrekken en N-H uitrekken gelabeld), röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) C 1s orbitaal bindingsenergiespectra, waterstofbrug afstand-verdelingsfunctie curves en waterstofbrug levensduur versus tijd curves, waarmee de veranderingen in chemische structuur en de versterking van waterstofbruginteractie na dubbele deprotonatie worden geverifieerd.
Thermische geleidbaarheid is sterk gereduceerd.
Het aanwezige driedimensionale waterstofbrugennetwerk oefent een duidlijk belemmerend effect uit op warmteoverdracht, wat leidt tot een significante reductie van de thermische geleidbaarheid van het composietmembraan (pAMNFs). Testresultaten tonen aan dat de thermische geleidbaarheid van dit membraan kan worden gereduceerd tot een zeer laag niveau, waaruit blijkt dat het uitstekende thermische isolatie-eigenschappen vertoont en goed toepassingspotentieel heeft in het gebied van isolatiematerialen.
Optimalisatie van microstructuur
Afbeeldingen verkregen met scanning elektronenmicroscopie (SEM) en atoomkrachtmicroscopie (AFM) tonen aan dat na een dubbele deprotonatiebehandeling de aramide nanovezels (ANF's) in de membraan regelmatiger zijn gerangschikt en dat de binding tussen de vezels strakker is, waardoor een uniforme en dichte microstructuur ontstaat. Deze structurele optimalisatie is een van de belangrijke redenen voor de verbetering van de mechanische sterkte van de film en de verlaging van zijn thermische geleidbaarheid.
Het presenteert opslagmodulus/verliesmodulus-temperatuurcurves, vergelijkingsgrafieken van thermische geleidbaarheid (de thermische geleidbaarheid van pAMNFs-30 is zo laag als 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), thermogravimetrische analyse (TG)-curves, vergelijkingsgrafieken van specifieke sterkte t.o.v. taaiheid van verschillende materialen en prestatievergelijkingen tussen pAMNFs-30 en pANFs over verschillende tijdsperioden, waarbij uitgebreid de mechanische en thermische voordelen van de dunne film worden aangetoond.
De in dit onderzoek voorgestelde "dubbele deprotonatie"-strategie bouwt met succes een driedimensionaal waterstofbrugennetwerk op in aramide nanofvezel (ANF) membranen. Dit verbetert niet alleen effectief de mechanische sterkte van de membranen, maar vermindert ook hun thermische geleidbaarheid aanzienlijk. De methode is eenvoudig in uitvoering en heeft opvallende effecten, waardoor een nieuwe aanpak wordt geboden voor de prestatieoptimalisatie van aramide nanofvezelmaterialen. In de toekomst wordt verwacht dat dit hoogwaardige composietmembraan (pAMNFs) breed toegepast zal worden in diverse gebieden zoals lucht- en ruimtevaart, warmteafvoer van elektronische apparatuur en hoogwaardige composietmaterialen, en zo de technologische ontwikkeling van gerelateerde industrieën zal bevorderen.
EN
Hot News
