Aramid nanofiber (ANF) membraner har bred anvendelsespotensiale i mange felt på grunn av sine unike egenskaper. Imidlertid har det vært en gjeldende forskningsfokus og stor utfordring å øke deres mekaniske styrke samtidig som termisk ledningsevne reduseres. Tradisjonelle metoder har opplagte begrensninger når det gjelder å bygge sterke hydrogenbinding nettverk for å forbedre ytelsen til ANF membraner; derfor er det et akutt behov for nye strategier for å optimere struktur og ytelse til ANF membraner.
Det demonstrerer framstillingsprosessen til pAMNFs (deprotoneringsprosessen til pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), viser en sammenligning mellom den todimensjonale planære hydrogenbindningsstrukturen til pANFs og den tredimensjonale hydrogenbindningsstrukturen til pAMNFs, merker «Nanofibers 'jungle frame'», og knytter dette til det relevante diagrammet for mekanisk styrke.
l Kjernestrategi: Introducer en «dobbelt deprotonering»-strategi for å behandle aramid-nanofiber (ANFs) for å konstruere et tredimensjonalt hydrogenbindningsnettverk.
Fourier-transform infrarød spektroskopi (FT-IR) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brukes til å analysere fibers overflatekjemiske strukturer og bekrefte endringer i polære funksjonsgrupper.
Atomkraftmikroskopi (AFM) og scanning elektronmikroskopi (SEM) brukes til å observere fiber- og membraners mikrotopografi, for å forstå strukturell optimalisering.
l Prestasjonstester:
En universaltestmaskin brukes til å teste mekaniske ytelsesindikatorer for membraner, slik som strekkstyrke og elastisitetsmodul. En laser termisk ledningsevne meter brukes til å måle varmeledningsevnen til membranene og vurdere deres termiske isoleringsytelse.
Den inkluderer Atomic Force Microscopy (AFM) høydesensorbilder (med høydedata merket ved ulike posisjoner: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm osv.), Scanning Electron Microscopy (SEM) bilder (sammenligning av mikromorfologier mellom pANFs og pAMNFs-30 ved 500 nm-skalaen), relativt trykk-porestørrelsesfordelingskurver og Barrett-Joyner-Halenda (BJH) metodebaserte porevolum-porestørrelsesfordelingskurver, som demonstrerer forskjellene i mikrostrukturen til de tynne filmene før og etter behandling.
Et tredimensjonalt hydrogenbindningsnettverk ble successfully constructed. Effekten av dobbel deprotonering genererte flere polære grupper på overflaten av aramid-nanofibrene (ANFs), og skapte gunstige betingelser for dannelse av et tredimensjonalt hydrogenbindningsnettverk mellom fibrene. Testresultatene fra Fourier-transform infrarød spektroskopi (FT-IR) og røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) viste at antall polære funksjonsgrupper på fiberoverflaten økte betydelig etter behandlingen, og ga flere aktive nettsteder for dannelse av hydrogenbindinger og førte til slutt til den vellykkede konstruksjonen av et stabilt tredimensjonalt hydrogenbindningsnettverk.
Det viser flere sett med diagrammer over mekaniske egenskaper: strekkfasthet-spenningskurver (sammenligner pANF med pAMNF med ulik PMIA-innhold), en graf som viser forholdet mellom PMIA-innhold og egenskaper i pAMNF, kurver som viser effekten av temperatur på styrke/seighet og et skjematisk diagram over interfacial lastoverføring mellom pANF og pAMNF-30, som intuitivt demonstrerer forsterkningseffekten av mekaniske egenskaper.
Mekaniske egenskaper er betydelig forbedret.
Gjennom den støttende effekten fra det tredimensjonale hydrogenbindningsnettet, har de mekaniske egenskapene til aramidnanofibermembranen (ANF) blitt betraktelig forbedret. Eksperimentelle data viser at i forhold til den ubehandlede aramidnanofibermembranen, kan strekkstyrken til komposittmembranen (pAMNFs) etter dobbel deprotoneringsbehandling økes flere ganger, og den elastiske modulen er også betydelig forbedret, noe som gir den en sterkere konkurransefortrinn i anvendelser med høystyrkematerialer.
Den inkluderer Fourier-transform infrarød (FT-IR) spektra (med posisjoner for karakteristiske topper som N-H-bøyning, C=O⋅⋅⋅H-strekking og N-H-strekking merket), røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) C 1s orbital bindingsenergi-spektra, hydrogenbinding avstandsfordelingsfunksjonskurver og hydrogenbinding levetid mot tid-kurver, som bekrefter endringene i kjemisk struktur og forsterkningen av hydrogenbinding etter dobbel deprotonering.
Termisk ledningsevne er betydelig redusert.
Tilstedeværelsen av det tredimensjonale hydrogenbinding nettverket utøver en tydelig hindrende effekt på varmeoverføring, noe som fører til en betydelig reduksjon i varmeledningsevnen til komposittmembranen (pAMNFs). Testresultater viser at varmeledningsevnen til denne membranen kan reduseres til et ekstremt lavt nivå, noe som demonstrerer utmerket varmeisolerende ytelse og viser god anvendelsespotensial innenfor varmeisolermaterialer.
Mikrostrukturoptimering
Bilder tatt med Scanning Electron Microscopy (SEM) og Atomic Force Microscopy (AFM) viser at etter dobbel deprotoneringsbehandling, er aramid nanofibrene (ANF-er) i membranen mer regelmessig ordnet, og bindingen mellom fibrene er tettere, og danner en jevn og kompakt mikrostruktur. Denne strukturelle optimaliseringen er en av de viktige grunnene til forbedringen av filmens mekaniske styrke og reduksjonen i dens termiske ledningsevne.
Det viser lagringsmodul/tapsmodul-temperaturkurver, termisk konduktivitetssammenligningsdiagrammer (den termiske konduktiviteten til pAMNFs-30 er så lav som 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), termogravimetrisk analyse (TG)-kurver, spesifikk styrke vs. seighetsammenligningsdiagrammer for ulike materialer og ytendrifsammenligninger mellom pAMNFs-30 og pANFs over ulike tidsperioder, og demonstrerer omfattende de mekaniske og termiske fordelene med filmen.
Den «doble deprotonerings»-strategien som er foreslått i denne studien, klarer å konstruere et tredimensjonalt hydrogenbindningsnettverk i aramidnanofiber (ANF)-membraner. Dette forbedrer ikke bare membranenes mekaniske styrke effektivt, men reduserer også deres termiske ledningsevne betydelig. Metoden er enkel i sin operasjon og har bemerkelsesverdige effekter, og gir en ny tilnærming for optimalisering av aramidnanofibermaterialers egenskaper. I fremtiden forventes denne høytytende sammensatte membranen (pAMNFs) å bli bredt anvendt i flere felt som romfart, varmeledning i elektroniske apparater og høytytende sammensatte materialer, og vil dermed fremme teknologisk utvikling i relaterte industrier.
EN
Siste nytt
