×
Арамидные нановолоконные (ANF) мембраны обладают широкими перспективами применения в различных областях благодаря своим уникальным свойствам. Однако, как повысить их механическую прочность, одновременно снизив теплопроводность, в настоящее время является ключевым направлением исследований и основной задачей в этой области. Традиционные методы имеют очевидные ограничения в создании сильных водородных связей для улучшения характеристик арамидных нановолоконных мембран, поэтому существует острая необходимость в новых подходах, направленных на оптимизацию структуры и свойств ANF мембран.
Показывает процесс подготовки pAMNF (процесс депротонирования pANF → pANF/PMIA → pAMNF), демонстрирует сравнение двумерной плоской водородной связи pANF и трехмерной водородной связи pAMNF, обозначает "Нановолокна 'джунгли каркас'", и связывает это с соответствующей схемой механической прочности.
l Основная стратегия: Ввести стратегию "двойного депротонирования" для обработки арамидных нановолокон (ANF) с целью создания трехмерной сети водородных связей.
Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) используются для анализа поверхностной химической структуры волокон и проверки изменений полярных функциональных групп.
Атомно-силовая микроскопия (AFM) и сканирующая электронная микроскопия (SEM) используются для наблюдения микротопографии волокон и мембран, чтобы понять структурную оптимизацию.
l Испытания на эффективность:
Универсальная испытательная машина используется для определения механических характеристик мембран, таких как прочность на растяжение и модуль упругости. Лазерный измеритель теплопроводности применяется для измерения теплопроводности мембран и оценки их теплоизоляционных свойств.
Включает изображения датчика высоты атомно-силового микроскопа (AFM) (с данными высоты в разных позициях: 6,2 нм, 14,8 нм, 47,9 нм и т.д.), изображения сканирующего электронного микроскопа (SEM) (сравнение микроморфологии pANFs и pAMNFs-30 в масштабе 500 нм), кривые распределения относительного давления и размера пор, а также кривые распределения объема пор и размера пор по методу Barrett-Joyner-Halenda (BJH), демонстрирующие различия в микроструктуре тонких пленок до и после обработки.
Была успешно создана трехмерная водородная связь. Двойной депротонирующий эффект создал больше полярных групп на поверхности арамидных нановолокон (АНВ), обеспечив благоприятные условия для формирования трехмерной водородной связи между волокнами. Результаты тестов Фурье-спектроскопии (FT-IR) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) показали, что количество полярных функциональных групп на поверхности волокон значительно увеличилось после обработки, обеспечивая больше активных участков для формирования водородных связей и, в конечном счете, приводя к успешному созданию стабильной трехмерной водородной связывающей сети.
Он представляет собой несколько наборов графиков механических свойств: кривые деформации-напряжения при растяжении (сравнение pANF и pAMNF с разным содержанием PMIA), график зависимости содержания PMIA от свойств в pAMNF, кривые влияния температуры на прочность/вязкость разрушения, а также схематический рисунок межфазной передачи нагрузки между pANF и pAMNF-30, наглядно демонстрируя эффект усиления механических свойств.
Механические свойства значительно улучшены.
Благодаря поддерживающему эффекту трехмерной водородной связывающей сети механические свойства мембраны из арамидных нановолокон (ANF) значительно улучшены. Экспериментальные данные показывают, что по сравнению с необработанной арамидной нановолоконной мембраной, прочность на растяжение композитной мембраны (pAMNFs) после двойной депротонизационной обработки может быть увеличена в несколько раз, а модуль упругости также значительно возрастает, что обеспечивает более высокую конкурентоспособность в сценариях применения высокопрочных материалов.
В него входят спектры Фурье-преобразования инфракрасной спектроскопии (FT-IR) (с позициями характерных пиков, такими как изгиб N-H, растяжение C=O⋅⋅⋅H и растяжение N-H), спектры энергии связи орбитали C 1s рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), кривые функции распределения расстояний водородных связей и кривые времени жизни водородных связей в зависимости от времени, подтверждающие изменения химической структуры и усиление взаимодействия водородных связей после двойного депротонирования.
Теплопроводность значительно снижена.
Наличие трёхмерной сети водородных связей оказывает очевидное препятствующее воздействие на теплопередачу, что приводит к значительному снижению теплопроводности композитной мембраны (pAMNFs). Результаты испытаний показывают, что теплопроводность этой мембраны может быть снижена до крайне низкого уровня, демонстрируя отличные теплоизоляционные свойства и имея хороший потенциал применения в области теплоизоляционных материалов.
Оптимизация микроструктуры
Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и атомно-силовой микроскопии (AFM), показывают, что после двойной депротонирующей обработки арамидные нановолокна (ANF) в мембране расположены более упорядоченно, а связь между волокнами становится плотнее, формируя однородную и плотную микроструктуру. Такая структурная оптимизация является одной из важных причин улучшения механической прочности пленки и снижения ее теплопроводности.
Представлены кривые зависимости модуля хранения/модуля потерь от температуры, сравнительные графики теплопроводности (теплопроводность pAMNFs-30 составляет всего 0,0626 Вт·м⁻¹·К⁻¹), кривые термогравиметрического анализа (TG), сравнительные графики удельной прочности и вязкости различных материалов, а также сравнение изменений характеристик между pAMNFs-30 и pANFs за разные периоды времени, что комплексно демонстрирует механические и тепловые преимущества тонкой пленки.
Предложенная в данном исследовании стратегия "двойного депротонирования" успешно создает трехмерную сеть водородных связей в мембранах из арамидных нановолокон (ANF). Это не только эффективно улучшает механическую прочность мембран, но и значительно снижает их теплопроводность. Метод отличается простотой реализации и значительным эффектом, предлагая новый подход к оптимизации свойств арамидных нановолоконных материалов. В будущем ожидается широкое применение этой композитной мембраны (pAMNFs) в различных областях, таких как аэрокосмическая промышленность, отвод тепла в электронных устройствах и высокопрочные композитные материалы, что способствует технологическому развитию соответствующих отраслей.
EN
Горячие новости
