×
Aramid nanofiber (ANF) membranlar, sahip oldukları eşsiz özellikler sayesinde birçok alanda geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Ancak, bu membranların mekanik dayanımlarını artırırken ısı iletkenliğini düşürmenin yolları, bu alanın güncel araştırma odak noktası ve büyük bir zorluğunu oluşturmaktadır. Geleneksel yöntemler, ANF membranların performansını artırmak için güçlü hidrojen bağ ağı yapılarının oluşturulmasında açık sınırlamalara sahiptir; bu nedenle, ANF membranların yapı ve performansını iyileştirmek üzere yeni stratejilere acil ihtiyaç vardır.
PAMNF'lerin hazırlanma sürecini göstermektedir (pANF'lerin deprotonasyon süreci → pANF'ler/PMIA → pAMNF'ler), pANF'lerin iki boyutlu düzlemsel hidrojen bağı yapısı ile pAMNF'lerin üç boyutlu hidrojen bağı yapısı arasında karşılaştırma sunar, "Nanonunlular 'orman iskelesi'"ni etiketler ve bunu Mekanik Dayanıklılıkla ilgili diyagramla ilişkilendirir.
l Temel Strateji: Aramid nanonunluların (ANF) üç boyutlu hidrojen bağı ağı oluşturmak üzere işlenmesi için "çift deprotonasyon" stratejisinin uygulanması.
Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FT-IR) ve X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), fiberlerin yüzey kimyasal yapısını analiz etmek ve polar fonksiyonel gruplardaki değişiklikleri doğrulamak için kullanılır.
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), fiberlerin ve membranların mikrotopografisini gözlemlemek ve yapısal optimizasyonu anlamak için kullanılır.
l Performans Testleri:
Üniversel bir test cihazı, zarların mekanik performans göstergeleri olan çekme dayanımı ve elastik modülünü test etmek için kullanılır. Lazer ısı iletim ölçer cihazı ise zarların ısı iletkenliğini ölçmek ve termal yalıtım performanslarını değerlendirmek için kullanılır.
Bu, Atomic Force Microscopy (AFM) yükseklik sensörü görüntülerini (farklı konumlardaki yükseklik verileri ile etiketlenmiş: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm vb.), Scanning Electron Microscopy (SEM) görüntülerini (pANFs ve pAMNFs-30 arasındaki mikro morfolojilerin 500 nm ölçeğinde karşılaştırılması), göreceli basınç-gözenek boyutu dağılım eğrilerini ve Barrett-Joyner-Halenda (BJH) yöntemine dayalı gözenek hacmi-gözenek boyutu dağılım eğrilerini göstermektedir. Bu veriler, ince filmlerin işlem öncesi ve sonrası mikroyapılarındaki farklılıkları ortaya koyar.
Üç boyutlu bir hidrojen bağı ağı başarıyla oluşturuldu. Çift deprotonasyon etkisi, aramid nanoliflerin (ANF) yüzeyinde daha fazla polar grubun oluşmasına neden olur ve lifler arasında üç boyutlu hidrojen bağı ağı oluşumu için uygun koşulları oluşturdu. Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FT-IR) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) test sonuçları, işlemenin ardından lif yüzeyindeki polar fonksiyonel grup sayısında önemli bir artış olduğunu gösterdi. Bu da hidrojen bağı oluşumu için daha fazla aktif site sağladı ve sonuç olarak kararlı bir üç boyutlu hidrojen bağı ağının oluşturulmasını sağladı.
Çeşitli mekanik özellik verileri grafikleri sunmaktadır: eksenel gerilme-gerinim eğrileri (farklı PMIA içeriklerine sahip pANF'ler ile pAMNF'leri karşılaştırarak), pAMNF'lerde PMIA içeriği ile özellikler arasındaki ilişkinin grafikleştirilmesi, sıcaklığın mukavemet/tokluğa etkisinin eğrileri ve pANF'ler ile pAMNF-30 arasındaki arayüzey yük transferinin şematik diyagramı, mekanik özelliklerin iyileştirilme etkisini görsel olarak göstermektedir.
Mekanik Özelliklerde Önemli İyileşme Sağlandı.
Üç boyutlu hidrojen bağ ağı destekleyici etkisinden faydalanarak, aramid nanolif (ANF) zarının mekanik özellikleri büyük ölçüde iyileştirildi. Deneysel veriler, işlenmemiş aramid nanolif zarı ile karşılaştırıldığında, çift deprotonasyon işlemine tabi tutulan kompozit zarın (pAMNFs) çekme dayanımının birkaç kat artırılabildiğini ve elastik modülünün de önemli ölçüde arttığını göstermektedir. Bu durum, ona yüksek dayanımlı malzeme uygulama senaryolarında daha güçlü bir rekabet avantajı kazandırmaktadır.
Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FT-IR) spektrumlarını (N-H eğilme, C=O⋅⋅⋅H gerilme ve N-H gerilme piklerinin yerleri etiketlenmiş şekilde), X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) C 1s orbital bağlanma enerjisi spektrumlarını, hidrojen bağı mesafesi dağılım fonksiyonu eğrilerini ve hidrojen bağı ömrü-zaman eğrilerini içermektedir. Bu veriler, çift deprotonasyon sonrası kimyasal yapıdaki değişiklikleri ve hidrojen bağı etkileşimindeki artışı doğrulamaktadır.
Isıl İletkenlik Önemli Derece Azalmıştır.
Üç boyutlu hidrojen bağı ağı varlığı, ısı transferi üzerinde belirgin bir engelleme etkisi yaratmakta, bu da kompozit membranın (pAMNFs) ısıl iletkenliğinde önemli bir azalmaya neden olmaktadır. Test sonuçları, bu membranın ısıl iletkenliğinin çok düşük bir seviyeye kadar indirgenebileceğini göstermektedir. Bu durum, mükemmel termal yalıtım performansını ve termal yalıtım malzemeleri alanında iyi bir uygulama potansiyelini ortaya koymaktadır.
Mikroyapı Optimizasyonu
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ile çekilen görüntüler, çift deprotonasyon işleminin ardından membranda bulunan aramid nanoliflerinin (ANF) daha düzenli bir şekilde dizildiğini ve lifler arası bağların daha sıkı hale gelerek, dengeli ve yoğun bir mikroyapı oluşturduğunu göstermektedir. Bu yapısal iyileştirme, filmin mekanik dayanımında artışın ve termal iletkenliğinde azalmanın önemli nedenlerinden biridir.
Depolama modülü/kayıp modülü-sıcaklık eğrilerini, termal iletkenlik karşılaştırma grafiklerini (pAMNFs-30'un termal iletkenliği 0,0626 W·m⁻¹·K⁻¹'e kadar düşebilir), termogravimetrik analiz (TG) eğrilerini, farklı malzemelerin çekme dayanımı ile tokluk karşılaştırma grafiklerini ve pAMNFs-30 ile pANFs arasındaki performans değişikliklerini farklı zaman aralıklarında gösteren karşılaştırmaları sunar. Bu karşılaştırmalar, ince filmin mekanik ve termal avantajlarını kapsamlı bir şekilde ortaya koymaktadır.
Bu çalışmada önerilen "çift deprotonasyon" stratejisi, aramid nanolif (ANF) membranlarda üç boyutlu bir hidrojen bağ ağı başarılı bir şekilde oluşturur. Bu durum, membranların mekanik dayanıklılığını etkili bir şekilde artırmanın yanında termal iletkenliğini de önemli ölçüde düşürür. Yöntem, basit işlem süreci ve dikkat çekici etkileriyle öne çıkar ve aramid nanolif malzemelerin performans optimizasyonu için yeni bir yaklaşım sunar. Gelecekte, bu yüksek performanslı kompozit membran (pAMNFs), havacılık ve uzay, elektronik cihazların ısı dağılımı ve yüksek performanslı kompozit malzemeler gibi birçok alanda yaygın şekilde uygulanması beklenmektedir. Bu da ilgili endüstrilerin teknolojik gelişimini teşvik edecektir.
EN
Son Haberler
