Aramidnanofibrer (ANF) har breda applikationsmöjligheter inom många områden på grund av sina unika egenskaper. En utmaning inom området är dock att ytterligare förbättra deras mekaniska styrka samtidigt som värmeledningsförmågan minskas. Traditionella metoder har tydliga begränsningar när det gäller att bygga starka vätebindande nätverk för att förbättra prestandan hos ANF-membran. Det finns därför ett stort behov av nya strategier för att optimera struktur och prestanda hos ANF-membran.
Det visar förberedelseprocessen för pAMNFs (deprotoneringsprocessen för pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), presenterar jämförelsen mellan pANFs tvådimensionella plana vätebindningsstruktur och pAMNFs tredimensionella vätebindningsstruktur, sätter etikett på "Nanofibrer 'jungelram'", och kopplar ihop det med den relevanta diagrammet över mekanisk hållfasthet.
l Kärnstrategi: Introducera en "dubbel deprotonering"-strategi för att behandla aramidnanofibrer (ANFs) för att konstruera ett tredimensionellt vätebindningsnätverk.
Fouriertransform infraröd spektroskopi (FT-IR) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) används för att analysera fibrernas yt-kemiska struktur och bekräfta förändringar i polära funktionsgrupper.
Atomkraftsmikroskopi (AFM) och svepelektronmikroskopi (SEM) används för att observera fibrernas och membranens mikrotopografi, för att förstå strukturell optimering.
l Prestandatest:
En universell provningsmaskin används för att testa membranens mekaniska prestandaindikatorer, såsom draghållfasthet och elasticitetsmodul. En laser-värmekonduktivitetsmätare används för att mäta membranens värmekonduktivitet och utvärdera deras termiska isoleringsprestanda.
Det inkluderar bilder från en Atomic Force Microscopy (AFM)-höjdensor (med högddata märkta vid olika positioner: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm etc.), Scanning Electron Microscopy (SEM)-bilder (jämförelse av mikromorfologier mellan pANF och pAMNF-30 i 500 nm-skala), relaterade tryck-porstorleksfördelningskurvor samt Barrett-Joyner-Halenda (BJH)-metodbaserade porvolym-porstorleksfördelningskurvor, vilket visar skillnaderna i tunnfilmarnas mikrostruktur före och efter behandling.
Ett tredimensionellt vätebindningsnätverk konstruerades framgångsrikt. Effekten av dubbel deprotonering genererade fler polära grupper på ytan av aramidnanofibrer (ANF), vilket skapade gynnsamma förhållanden för bildandet av ett tredimensionellt vätebindningsnätverk mellan fibrerna. Testresultaten från Fouriertransform infraröd spektroskopi (FT-IR) och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) visade att antalet polära funktionsgrupper på fibrernas yta ökade markant efter behandlingen, vilket tillhandahöll fler aktiva platser för vätebindningsbildning och slutligen ledde till den framgångsrika konstruktionen av ett stabilt tredimensionellt vätebindningsnätverk.
Den visar flera uppsättningar diagram över mekaniska egenskaper: dragtöjnings-spänningskurvor (jämförelse mellan pANF och pAMNF med olika PMIA-halter), en graf som visar sambandet mellan PMIA-halt och egenskaper i pAMNF, kurvor som visar temperaturberoendet för styrka/toughness samt ett schematiskt diagram över lastöverföring mellan pANF och pAMNF-30, vilket intuitivt visar förbättringseffekten av de mekaniska egenskaperna.
Mekaniska egenskaper är kraftigt förbättrade.
Tack vare den stödjande effekten från det tredimensionella vätebindningsnätverket har de mekaniska egenskaperna hos aramidnanofibrillmembranet (ANF) förbättrats avsevärt. Experimenter visar att jämfört med obehandlat aramidnanofibrillmembran kan dragstyrkan hos kompositmembranet (pAMNFs) efter dubbel deprotoneringsbehandling ökas flera gånger, och elasticitetsmodulen är också betydligt förbättrad, vilket ger det en starkare konkurrensfördel i applikationer med höga krav på materialstyrka.
Det inkluderar Fouriertransform infraröd (FT-IR) spektra (med positioner för karakteristiska toppar såsom N-H böjning, C=O⋅⋅⋅H sträckning, och N-H sträckning märkta), röntgenfotoelektronspektrum (XPS) för C 1s orbital bindningsenergi, vätebindningsavstånds-fördelningsfunktionkurvor och vätebindningarnas livslängd i förhållande till tidskurvor, vilket bekräftar förändringarna i den kemiska strukturen och förbättringen av vätebindningsinteraktion efter dubbel deprotonering.
Värmekonduktiviteten är kraftigt reducerad.
Förekomsten av det tredimensionella vätebindningsnätverket utövar en tydlig hämmande effekt på värmeöverföringen, vilket leder till en markant minskning av kompositmembranets (pAMNFs) värmekonduktivitet. Testresultat visar att membranets värmekonduktivitet kan minskas till en extremt låg nivå, vilket visar dess utmärkta värmeisolerande egenskaper och goda användningspotential inom området för värmeisoleringsmaterial.
Mikrostrukturoptimering
Bilder tagna med svepelektronmikroskopi (SEM) och atomkraftmikroskopi (AFM) visar att efter en dubbel deprotoneringsbehandling är aramidnanofibrerna (ANF:er) i membranet ordnade mer regelbundet och bindningen mellan fibrerna är tätare, vilket bildar en enhetlig och kompakt mikrostruktur. Denna strukturell optimering är en av de viktiga orsakerna till förbättringen av filmens mekaniska styrka och minskningen av dess termiska ledningsförmåga.
Det visar lagringsmodul/förlustmodul-temperaturkurvor, jämförelsetabeller för termisk ledningsförmåga (den termiska ledningsförmågan hos pAMNFs-30 är så låg som 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹), termogravimetrisa analyskurvor (TG), jämförelsetabeller för specifik styrka kontra tuffhet hos olika material samt prestandajämförelser mellan pAMNFs-30 och pANFs över olika tidsperioder, vilket omfattande visar det tunna filmens mekaniska och termiska fördelar.
Den i denna studie föreslagna strategin med "dubbel deprotonering" lyckas konstruera ett tredimensionellt vätebindningsnätverk i aramidnanofibrillmembran (ANF). Detta förbättrar inte bara membranens mekaniska styrka utan minskar också deras värmekonduktivitet avsevärt. Metoden är enkel i sin operation och ger anmärkningsvärda effekter, vilket erbjuder en ny metod för optimering av aramidnanofibrillmaterialens egenskaper. I framtiden förväntas denna kompositmembran med hög prestanda (pAMNF) få omfattande användning inom flera områden såsom luft- och rymdfart, värmeledning i elektronik och kompositmaterial med hög prestanda, vilket kommer att främja teknologisk utveckling inom relaterade industrier.
EN
Senaste Nytt
