×
Membranele din nanofibre de aramidă (ANF) au perspective largi de aplicații în numeroase domenii datorită proprietăților lor unice. Totuși, cum se poate îmbunătăți în continuare rezistența lor mecanică în timp ce se reduce conductivitatea termică a devenit un subiect de cercetare actual și o provocare majoră în acest domeniu. Metodele tradiționale au limite evidente în construirea unor rețele puternice de legături de hidrogen pentru a îmbunătăți performanțele membranelor ANF; prin urmare, există o nevoie urgentă de strategii noi pentru a optimiza structura și performanțele membranelor ANF.
Demonstrează procesul de preparare a pAMNF (procesul de deprotonare a pANF → pANF/PMIA → pAMNF), prezintă comparația dintre structura plană bidimensională a legăturilor de hidrogen a pANF și structura tridimensională a legăturilor de hidrogen a pAMNF, etichetează "Nanofibre 'cadru de junglă'", și o asociază cu diagrama relevantă privind Rezistența Mecanică.
l Strategie Cheie: Introduceți o strategie "dublă de deprotonare" pentru tratarea nanofibrelor de aramidă (ANF) în vederea construirii unei rețele tridimensionale de legături de hidrogen.
Spectroscopia Infraroșu cu Transformare Fourier (FT-IR) și Spectroscopia de Fotoelectroni cu Raze X (XPS) sunt utilizate pentru a analiza structura chimică de suprafață a fibrelor și pentru a verifica modificările grupelor funcționale polare.
Microscopia cu Forță Atomică (AFM) și Microscopia Electronică cu BALETA de Scanning (SEM) sunt utilizate pentru a observa microtopografia fibrelor și membranelor, astfel încât să se înțeleagă optimizarea structurii.
l Teste de Performanță:
O mașină universală de testare este utilizată pentru a testa indicatorii de performanță mecanică ai membranelor, cum ar fi rezistența la tracțiune și modulul de elasticitate. Un conductivimetru termic cu laser este utilizat pentru a măsura conductivitatea termică a membranelor și pentru a evalua performanța lor de izolare termică.
Include imagini ale senzorului de înălțime de la Microscopia cu Forță Atomică (AFM) (cu date de înălțime etichetate la diferite poziții: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm etc.), imagini de la Microscopia Electronică cu BALEIAJ (SEM) (compararea micro morfologiilor dintre pANFs și pAMNFs-30 la scara de 500 nm), curbe ale distribuției relative a presiunii-dimensiunii porilor și curbe ale distribuției volumului porilor-dimensiunii porilor bazate pe metoda Barrett-Joyner-Halenda (BJH), demonstrând diferențele privind microstructura filmelor subțiri înainte și după tratament.
O rețea tridimensională de legături de hidrogen a fost construită cu succes. Efectul de deprotonare dublă a generat mai multe grupuri polare pe suprafața nanofibrelor de aramidă (ANFs), creând condiții favorabile pentru formarea unei rețele tridimensionale de legături de hidrogen între fibre. Rezultatele testelor de Spectroscopie Infraroșie cu Transformare Fourier (FT-IR) și Spectroscopie de Fotoelectroni cu Raze X (XPS) au arătat că numărul grupurilor funcionale polare de pe suprafața fibrelor a crescut semnificativ după tratament, oferind mai multe situsuri active pentru formarea legăturilor de hidrogen și ducând, în final, la construcția cu succes a unei rețele tridimensionale stabile de legături de hidrogen.
Prezintă mai multe seturi de diagrame cu date privind proprietățile mecanice: curbe tensiune-deformație la tracțiune (comparând pANFs cu pAMNFs având diferite conținuturi de PMIA), un grafic al relației dintre conținutul de PMIA și proprietăți în cadrul pAMNFs, curbe care ilustrează efectul temperaturii asupra rezistenței/tenacității, precum și o diagramă schematică a transferului de sarcină interfacial dintre pANFs și pAMNFs-30, demonstrând intuitiv efectul de îmbunătățire a proprietăților mecanice.
Proprietățile mecanice sunt semnificativ îmbunătățite.
Beneficiind de efectul de susținere al rețelei tridimensionale de legături de hidrogen, proprietățile mecanice ale membranei de nanofibră de aramidă (ANF) au fost semnificativ îmbunătățite. Datele experimentale arată că, comparativ cu membrana de nanofibră de aramidă netratată, rezistența la tracțiune a membranei compozite (pAMNFs) după tratamentul dublu de deprotonare poate fi crescută de mai multe ori, iar modulul de elasticitate este, de asemenea, semnificativ îmbunătățit, oferindu-i un avantaj competitiv mai puternic în aplicații ale materialelor cu înaltă rezistență.
Include spectre Infraroșu cu Transformare Fourier (FT-IR) (cu pozițiile vârfurilor caracteristice precum îndoirea N-H, întinderea C=O⋅⋅⋅H și întinderea N-H etichetate), spectre ale energiei de legătură a orbitalului C 1s prin Spectroscopie Fotoelectrică cu Raze X (XPS), curbe ale funcției de distribuție a distanței legăturilor de hidrogen și curbe ale duratei de viață a legăturilor de hidrogen în funcție de timp, verificând modificările structurii chimice și intensificarea interacțiunii legăturilor de hidrogen după deprotonarea dublă.
Conductivitatea Termică Este Semnificativ Redusă.
Prezența rețelei tridimensionale de legături de hidrogen exercită un efect vizibil de împiedicare asupra transferului de căldură, ducând la o reducere semnificativă a conductivității termice a membranei compozite (pAMNFs). Rezultatele testelor arată că conductivitatea termică a acestei membrane poate fi redusă la un nivel extrem de scăzut, demonstrând o performanță excelentă de izolare termică și având un potențial bun de aplicare în domeniul materialelor termoizolante.
Optimizarea Microstructurii
Imaginile capturate prin Microscopie Electronică cu BALE (SEM) și Microscopie cu Forță Atomică (AFM) arată că după tratamentul de dublă deprotonare, nanofibrele de aramidă (ANF) din membrană sunt aranjate mai regulat, iar legătura dintre fibre este mai strânsă, formând o microstructură uniformă și densă. Această optimizare structurală este unul dintre factorii importanți pentru îmbunătățirea rezistenței mecanice a filmului și reducerea conductivității termice.
Prezintă curbe ale modulului de depozitare/modulul de pierderi în funcție de temperatură, grafice comparative ale conductivității termice (conductivitatea termică a pAMNFs-30 este de 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), curbe de analiză termogravimetrică (TG), grafice comparative ale rezistenței specifice versus tenacitatea diferitelor materiale și comparații ale modificărilor de performanță între pAMNFs-30 și pANFs pe diferite perioade de timp, demonstrând în mod cuprinzător avantajele mecanice și termice ale filmului subțire.
Strategia "dublei deprotonări" propusă în acest studiu reușește să construiască o rețea tridimensională de legături de hidrogen în membranele de nanofibră de aramidă (ANF). Aceasta nu doar că îmbunătățește eficient rezistența mecanică a membranelor, ci reduce semnificativ și conductivitatea lor termică. Metoda se remarcă prin operaționalitate simplă și efecte remarcabile, oferind o nouă abordare pentru optimizarea performanței materialelor din nanofibră de aramidă. În viitor, această membrană compozită de înaltă performanță (pAMNFs) este destinată unei largi aplicații în multiple domenii, cum ar fi aerospace-ul, disiparea termică a dispozitivelor electronice și materialele compozite de înaltă performanță, contribuind astfel la dezvoltarea tehnologică a industriei conexe.
EN
Știri Populare
