Ang mga aramid nanofiber (ANF) na membrane ay may malawak na potensyal sa aplikasyon sa maraming larangan dahil sa kanilang natatanging mga katangian. Gayunpaman, paano paigtingin ang kanilang mekanikal na lakas habang binabawasan ang thermal conductivity ay naging kasalukuyang pokus at pangunahing hamon sa larangang ito. Ang mga tradisyonal na pamamaraan ay may malinaw na mga limitasyon sa pagbuo ng malalakas na hydrogen bond networks upang mapabuti ang pagganap ng ANF membranes; kaya, may agarang pangangailangan para sa mga bagong estratehiya upang i-optimize ang istruktura at pagganap ng ANF membranes.
Nagpapakita ito ng proseso ng paghahanda ng pAMNFs (ang deprotonasyon proseso ng pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), nagpapakita ng paghahambing sa pagitan ng dalawang-dimensional na planar na istraktura ng hydrogen bond ng pANFs at tatlong-dimensional na istraktura ng hydrogen bond ng pAMNFs, nilalagyan ng label ang "Nanofibers 'jungle frame'", at iniuugnay ito sa kaugnay na diagram ng Mechanical Strength.
l Core Strategy: Ipakilala ang isang "double deprotonation" na estratehiya upang gamutin ang aramid nanofibers (ANFs) para sa pagbuo ng tatlong-dimensional na network ng hydrogen bond.
Ginagamit ang Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) at X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) upang suriin ang surface chemical structure ng fibers at i-verify ang mga pagbabago sa polar functional groups.
Ginagamit ang Atomic Force Microscopy (AFM) at Scanning Electron Microscopy (SEM) upang obserbahan ang microtopography ng fibers at membranes, upang maintindihan ang structure optimization.
l Mga Pagsubok sa Pagganap:
Ang universal testing machine ay ginagamit upang subukan ang mga mekanikal na katangian ng mga membrane, tulad ng tensile strength at elastic modulus. Ang laser thermal conductivity meter naman ay ginagamit upang sukatin ang thermal conductivity ng mga membrane at pag-aralan ang kanilang thermal insulation performance.
Kasama rito ang mga Atomic Force Microscopy (AFM) height sensor images (kasama ang height data sa iba't ibang posisyon na may label: 6.2 nm, 14.8 nm, 47.9 nm, atbp.), Scanning Electron Microscopy (SEM) images (paghahambing ng mikro estruktura sa pagitan ng pANFs at pAMNFs-30 sa sukat na 500 nm), mga relative pressure-pore size distribution curves, at Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method-based pore volume-pore size distribution curves, na nagpapakita ng mga pagkakaiba sa microstruktura ng mga thin film bago at pagkatapos ng treatment.
Isang tatlong-dimensional na network ng hydrogen bond ay matagumpay na naipagkaloob. Ang epekto ng double deprotonation ay nagdulot ng mas maraming polar na grupo sa ibabaw ng aramid nanofibers (ANFs), lumikha ng mga angkop na kondisyon para sa pagbuo ng tatlong-dimensional na network ng hydrogen bond sa pagitan ng mga fibers. Ang mga resulta ng pagsusuring Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) at X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) ay nagpakita na ang bilang ng mga polar na punksyonal na grupo sa ibabaw ng fiber ay tumaas nang malaki pagkatapos ng pagtrato, nagbibigay ng higit pang mga aktibong site para sa pagbuo ng hydrogen bond at sa huli ay nagreresulta sa matagumpay na pagtatayo ng isang matatag na tatlong-dimensional na network ng hydrogen bond.
Nagpapakita ito ng maramihang hanay ng mga tsart na datos ng mekanikal na katangian: mga curve ng tensile strain-stress (nagpapakita ng paghahambing sa pagitan ng pANF at pAMNF na may iba't ibang nilalaman ng PMIA), isang graph ng ugnayan sa pagitan ng nilalaman ng PMIA at mga katangian sa pAMNF, mga curve ng epekto ng temperatura sa lakas/tigkes, at isang schematic diagram ng interfacial load transfer sa pagitan ng pANF at pAMNF-30, na intuitibong nagpapakita ng pagpapahusay ng mekanikal na mga katangian.
Makabuluhang Na-Enhance ang Mekanikal na Katangian.
Dahil sa epekto ng suporta ng three-dimensional hydrogen bond network, ang mekanikal na mga katangian ng aramid nanofiber (ANF) membrane ay lubos na napabuti. Ang datos ng eksperimento ay nagpapakita na kung ihahambing sa hindi ginagamot na aramid nanofiber membrane, ang tensile strength ng composite membrane (pAMNFs) pagkatapos ng double deprotonation treatment ay maaaring mapataas nang ilang beses, at ang elastic modulus ay napabuti din nang malaki, na nagbibigay dito ng mas matibay na kalamangan sa kompetisyon sa mga aplikasyon na may mataas na tensilyo.
Kasama nito ang Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectra (kasama ang posisyon ng mga katangian ng peaks tulad ng N-H bending, C=O⋅⋅⋅H stretching, at N-H stretching na may label), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) C 1s orbital binding energy spectra, hydrogen bond distance-distribution function curves, at hydrogen bond lifetime vs. time curves, na nagpapatunay sa mga pagbabago sa kemikal na istraktura at pagpapahusay ng hydrogen bond interaction matapos ang double deprotonation.
Ang Thermal Conductivity Ay Malaking Bawasan.
Ang pagkakaroon ng three-dimensional hydrogen bond network ay nagpapakita ng isang malinaw na pagpigil sa paglipat ng init, na nagdudulot ng isang malaking pagbawas sa thermal conductivity ng composite membrane (pAMNFs). Ang mga resulta ng pagsubok ay nagpapakita na ang thermal conductivity ng membrane na ito ay maaaring mabawasan sa isang napakababang antas, na nagpapakita ng mahusay na thermal insulation performance at nagpapakita ng magandang potensyal sa aplikasyon sa larangan ng thermal insulation materials.
Microstructure Optimization
Ang mga imahe na kinuha gamit ang Scanning Electron Microscopy (SEM) at Atomic Force Microscopy (AFM) ay nagpapakita na pagkatapos ng double deprotonation treatment, mas maayos na nakahanay ang mga aramid nanofibers (ANFs) sa membrane, at mas sikip ang pagkakabond ng mga fiber, na bumubuo ng isang magkakatulad at masiksik na microstruktura. Ang pag-optimize ng istruktura ay isa sa mahahalagang dahilan ng pagpapahusay ng mekanikal na lakas ng pelikula at pagbaba ng kanyang thermal conductivity.
Nagpapakita ito ng mga kurba ng modulus ng pagkakaimbak/modulus ng pagkawala ng temperatura, mga tsart ng paghahambing ng thermal conductivity (ang thermal conductivity ng pAMNFs-30 ay kasing liit ng 0.0626 W·m⁻¹·K⁻¹), mga kurba ng thermogravimetric analysis (TG), mga tsart ng paghahambing ng tiyak na lakas laban sa tibay ng iba't ibang materyales, at mga paghahambing sa pagbabago ng pagganap sa pagitan ng pAMNFs-30 at pANFs sa iba't ibang panahon, na lubos na nagpapakita ng mga mekanikal at thermal na bentahe ng manipis na pelikula.
Ang "double deprotonation" na estratehiya na ipinapanukala sa pag-aaral na ito ay matagumpay na nagtatayo ng three-dimensional na hydrogen bond network sa aramid nanofiber (ANF) na mga membrane. Hindi lamang ito epektibong nagpapabuti sa mekanikal na lakas ng mga membrane kundi binabawasan din nito ang kanilang thermal conductivity. Ang paraan ay may simpleng operasyon at kapansin-pansing epekto, na nagbibigay ng bagong paraan para sa pag-optimize ng pagganap ng aramid nanofiber na mga materyales. Sa hinaharap, inaasahang malawakang mailalapat ang mataas na pagganap ng composite membrane (pAMNFs) sa maraming larangan tulad ng aerospace, pagpapalamig ng electronic devices, at high-performance composite materials, na nagpapalakas sa teknolohikal na pag-unlad ng mga kaugnay na industriya.
EN
Balitang Mainit
