×
Мембрани з арамідних нановолокон (ANF) мають широкі перспективи застосування в різних галузях завдяки своїм унікальним властивостям. Однак, як покращити їхню міцність, зменшуючи при цьому теплопровідність, наразі є актуальним напрямком досліджень та великою проблемою в цій галузі. Традиційні методи мають очевидні обмеження у створенні сильних водневих зв’язків для підвищення характеристик мембран ANF, тому нагальною потребою є розробка нових стратегій для оптимізації структури та характеристик мембран ANF.
Він демонструє процес підготовки пАМНВ (процес депротонування пАНВ → пАНВ/ПМІА → пАМНВ), показує порівняння двовимірної плоскої водневої зв'язкової структури пАНВ і тривимірної водневої зв'язкової структури пАМНВ, позначає "нановолокна 'джунглевого каркасу'", а також пов'язує це з відповідною діаграмою Механічної міцності.
l Ключова стратегія: Ввести стратегію "подвійного депротонування" для обробки арамідних нановолокон (АНВ) з метою створення тривимірної водневої зв'язкової мережі.
Для аналізу поверхневої хімічної структури волокон і перевірки змін полярних функціональних груп використовують Фур'є-спектроскопію в інфрачервоній області (ФІЧ) та рентгенівську фотоелектронну спектроскопію (РФЕС).
Для спостереження мікротопографії волокон і мембран, а також для з'ясування оптимізації структури використовують атомно-силову мікроскопію (АСМ) та сканувальну електронну мікроскопію (СЕМ).
l Випробування властивостей:
Універсальна випробувальна машина використовується для перевірки механічних характеристик мембран, таких як міцність на розрив та модуль пружності. Лазерний вимірювач теплопровідності застосовується для вимірювання теплопровідності мембран і оцінки їх теплоізоляційних властивостей.
Включає зображення висотного датчика атомно-силового мікроскопа (AFM) (з позначеними даними висоти у різних позиціях: 6,2 нм, 14,8 нм, 47,9 нм тощо), зображення скануючого електронного мікроскопа (SEM) (порівняння мікроструктури pANFs та pAMNFs-30 у масштабі 500 нм), криві розподілу відносного тиску та розміру пор, а також криві розподілу об'єму пор та розміру пор, отримані методом Баррета-Джойнера-Галенди (BJH), що демонструють відмінності у мікроструктурі тонких плівок до та після обробки.
Було успішно створено тривимірну водневу зв’язкову мережу. Ефект подвійної депротонації згенерував більше полярних груп на поверхні арамідних нановолокон (ANF), створюючи сприятливі умови для формування тривимірної водневої зв’язкової мережі між волокнами. Результати тестів Фур’є-спектроскопії в інфрачервоній області (FT-IR) та рентгеноелектронної спектроскопії (XPS) показали, що кількість полярних функціональних груп на поверхні волокна значно збільшилася після обробки, забезпечуючи більше активних сайтів для утворення водневих зв’язків і, зрештою, призводячи до успішної побудови стабільної тривимірної водневої зв’язкової мережі.
Він демонструє кілька наборів діаграм механічних властивостей: криві напруження-деформації при розтягуванні (порівняння pANF з pAMNF різного вмісту PMIA), графік залежності вмісту PMIA від властивостей у pAMNF, криві впливу температури на міцність/міцність та схематичний діаграма передачі навантаження на межі поділу між pANF і pAMNF-30, наочно демонструючи ефект підвищення механічних властивостей.
Механічні властивості значно підвищені.
Завдяки підтримувальному ефекту тривимірної водневої зв’язкової мережі, механічні властивості мембрани з арамідних нановолокон (ANF) значно покращились. Експериментальні дані показують, що порівняно з немодифікованою арамідною нановолокнистою мембраною, міцність на розрив композитної мембрани (pAMNFs) після подвійної депротонувальної обробки може збільшитися в кілька разів, а також суттєво підвищується пружний модуль, що надає їй сильнішої конкурентоспроможності в сценаріях застосування матеріалів з високою міцністю
Він включає спектри Фур'є-перетвореного інфрачервоного (FT-IR) випромінювання (з позиціями характерних піків, таких як N-H вигинання, C=O⋅⋅⋅H розтягування та N-H розтягування, з позначками), спектри енергії зв'язування орбіталі C 1s у рентгенівській фотоелектронній спектроскопії (XPS), криві функції розподілу відстаней водневих зв'язків та криві тривалості життя водневих зв'язків в залежності від часу, що підтверджує зміни хімічної структури та посилення взаємодії водневих зв'язків після подвійної депротонації.
Теплопровідність значно зменшена.
Наявність тривимірної мережі водневих зв'язків чинить помітний гальмівний вплив на передачу тепла, що призводить до значного зменшення теплопровідності композитної мембрани (pAMNFs). Результати випробувань показують, що теплопровідність цієї мембрани може бути зменшена до дуже низького рівня, демонструючи відмінні теплоізоляційні характеристики та виявляючи хороший потенціал застосування в галузі теплоізоляційних матеріалів.
Оптимізація мікроструктури
Зображення, отримані за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) та атомно-силової мікроскопії (AFM), показують, що після подвійної депротонувальної обробки арамідні нановолокна (ANF) у мембрані розташовані більш регулярно, а зв’язок між волокнами стає щільнішим, утворюючи однорідну та щільну мікроструктуру. Така оптимізація структури є однією з важливих причин покращення механічної міцності плівки та зменшення її теплопровідності.
Він демонструє криві модуля зберігання/модуля втрат в залежності від температури, діаграми порівняння теплопровідності (теплопровідність pAMNFs-30 становить усього 0,0626 Вт·м⁻¹·К⁻¹), криві термогравіметричного аналізу (TG), діаграми порівняння питомої міцності та в'язкості різних матеріалів, а також порівняння змін у характеристиках pAMNFs-30 і pANFs за різні періоди часу, комплексно ілюструючи механічні та теплові переваги тонкої плівки.
Запропонована в цьому дослідженні стратегія "подвійної депротонації" успішно створює тривимірну водневу зв'язкову мережу в мембранах з арамідних нановолокон (ANF). Це не тільки ефективно підвищує механічну міцність мембран, але й суттєво зменшує їхню теплопровідність. Метод відрізняється простотою виконання та вражаючими результатами, пропонуючи новий підхід до оптимізації властивостей матеріалів з арамідних нановолокон. У майбутньому очікується широке застосування цієї композитної мембрани високого ступеня (pAMNFs) у різних галузях, таких як авіація та космонавтика, відвід тепла в електронних пристроях та композитні матеріали високого ступеня, що сприятиме технологічному розвитку відповідних галузей промисловості.
EN
Гарячі новини
