×
Các màng sợi nan aramid (ANF) có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào những tính chất độc đáo của chúng. Tuy nhiên, làm thế nào để tiếp tục nâng cao độ bền cơ học đồng thời giảm độ dẫn nhiệt vẫn là một trọng tâm nghiên cứu và thách thức lớn trong lĩnh vực này. Các phương pháp truyền thống có những hạn chế rõ rệt trong việc xây dựng mạng lưới liên kết hydro mạnh nhằm cải thiện hiệu suất của màng ANF; do đó, cần có những chiến lược mới để tối ưu hóa cấu trúc và tính năng của màng ANF.
Nó thể hiện quá trình chuẩn bị của pAMNFs (quá trình deproton hóa của pANFs → pANFs/PMIA → pAMNFs), trình bày sự so sánh giữa cấu trúc liên kết hydro hai chiều của pANFs và cấu trúc liên kết hydro ba chiều của pAMNFs, ghi chú thích cho khái niệm "Khung rừng nanofiber", và liên kết nó với sơ đồ liên quan đến Độ bền cơ học.
l Chiến lược cốt lõi: Giới thiệu chiến lược "kép deproton hóa" để xử lý các sợi nanofiber aramid (ANFs) nhằm xây dựng mạng liên kết hydro ba chiều.
Phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và Phổ kế điện tử tia X quang (XPS) được sử dụng để phân tích cấu trúc hóa học bề mặt sợi và xác minh các thay đổi trong nhóm chức cực.
Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và Kính hiển vi điện tử quét (SEM) được dùng để quan sát địa hình vi mô của sợi và màng, từ đó hiểu rõ hơn về tối ưu hóa cấu trúc.
l Các bài kiểm tra hiệu năng:
Máy thử vạn năng được dùng để kiểm tra các chỉ số hiệu suất cơ học của màng, chẳng hạn như độ bền kéo và mô đun đàn hồi. Thiết bị đo độ dẫn nhiệt bằng laser được sử dụng để đo độ dẫn nhiệt của màng và đánh giá khả năng cách nhiệt của chúng.
Bao gồm hình ảnh cảm biến chiều cao của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) (với dữ liệu chiều cao tại các vị trí khác nhau được ghi chú: 6,2 nm, 14,8 nm, 47,9 nm...), hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) (so sánh cấu trúc vi mô giữa pANFs và pAMNFs-30 ở thang đo 500 nm), các đường cong phân bố kích thước lỗ rỗng theo áp suất tương đối, và các đường cong phân bố thể tích lỗ rỗng theo kích thước lỗ rỗng dựa trên phương pháp Barrett-Joyner-Halenda (BJH), thể hiện sự khác biệt về cấu trúc vi mô của các lớp mỏng trước và sau xử lý.
Một mạng liên kết hydro ba chiều đã được xây dựng thành công. Hiệu ứng khử proton kép đã tạo ra nhiều nhóm cực trên bề mặt của các sợi aramid nano (ANFs), tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành một mạng liên kết hydro ba chiều giữa các sợi. Kết quả thử nghiệm từ phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và phổ quang điện tử tia X (XPS) cho thấy số lượng các nhóm chức cực trên bề mặt sợi tăng lên đáng kể sau khi xử lý, cung cấp thêm nhiều vị trí hoạt động để hình thành liên kết hydro và cuối cùng dẫn đến việc xây dựng thành công một mạng liên kết hydro ba chiều ổn định.
Nó trình bày nhiều biểu đồ dữ liệu về tính chất cơ học: các đường cong biến dạng-bền kéo (so sánh pANFs với pAMNFs có hàm lượng PMIA khác nhau), đồ thị mối quan hệ giữa hàm lượng PMIA và tính chất trong pAMNFs, các đường cong ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền/độ dẻo dai, và sơ đồ minh họa sự truyền tải tải trọng tại giao diện giữa pANFs và pAMNFs-30, trực quan thể hiện hiệu ứng cải thiện tính chất cơ học.
Tính Chất Cơ Học Được Cải Thiện Rõ Rệt.
Nhờ hiệu ứng hỗ trợ của mạng liên kết hydro ba chiều, các tính chất cơ học của màng sợi nan aramid (ANF) đã được cải thiện đáng kể. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy, so với màng sợi nan aramid chưa xử lý, độ bền kéo của màng composite (pAMNFs) sau khi xử lý khử proton kép có thể tăng gấp nhiều lần, đồng thời mô đun đàn hồi cũng được cải thiện rõ rệt, mang lại lợi thế cạnh tranh mạnh hơn trong các ứng dụng vật liệu có độ bền cao.
Bao gồm quang phổ Biến đổi Fourier Hồng ngoại (FT-IR) (với vị trí các đỉnh đặc trưng như uốn N-H, kéo C=O⋅⋅⋅H, và kéo N-H được ghi chú), quang phổ năng lượng liên kết orbital C 1s của X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), đường cong phân bố khoảng cách liên kết hydro, và đường cong thời gian tồn tại liên kết hydro theo thời gian, xác nhận sự thay đổi trong cấu trúc hóa học và sự tăng cường tương tác liên kết hydro sau quá trình khử proton kép.
Độ dẫn nhiệt bị giảm mạnh.
Sự tồn tại của mạng liên kết hydro ba chiều tạo ra hiệu ứng cản trở rõ rệt đối với quá trình truyền nhiệt, dẫn đến việc độ dẫn nhiệt của màng composite (pAMNFs) giảm mạnh. Kết quả thử nghiệm cho thấy độ dẫn nhiệt của màng này có thể giảm xuống mức cực thấp, thể hiện khả năng cách nhiệt xuất sắc và cho thấy tiềm năng ứng dụng tốt trong lĩnh vực vật liệu cách nhiệt.
Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Vi Mô
Hình ảnh chụp bằng Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) cho thấy sau khi xử lý khử proton kép, các sợi nano aramid (ANFs) trong màng được sắp xếp đều đặn hơn, liên kết giữa các sợi chặt chẽ hơn, hình thành cấu trúc vi mô đồng nhất và dày đặc. Sự tối ưu hóa cấu trúc này là một trong những nguyên nhân quan trọng khiến độ bền cơ học của màng tăng lên và độ dẫn nhiệt giảm.
Nó trình bày các đường cong mô đun lưu trữ/mô đun mất mát theo nhiệt độ, biểu đồ so sánh độ dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt của pAMNFs-30 thấp tới 0.0626 W·m⁻¹·K⁻¹), các đường cong phân tích trọng lượng theo nhiệt độ (TG), biểu đồ so sánh độ bền riêng và độ dẻo dai của các vật liệu khác nhau, cũng như các biểu đồ so sánh sự thay đổi hiệu suất giữa pAMNFs-30 và pANFs trong các khoảng thời gian khác nhau, từ đó toàn diện chứng minh các ưu điểm cơ học và nhiệt của màng mỏng.
Chiến lược "kép khử proton hóa" được đề xuất trong nghiên cứu này đã thành công trong việc xây dựng một mạng liên kết hydro ba chiều trong màng sợi nan aramid (ANF). Điều này không chỉ cải thiện hiệu quả độ bền cơ học của các màng mà còn giảm đáng kể độ dẫn nhiệt của chúng. Phương pháp này có đặc điểm là thao tác đơn giản và hiệu quả nổi bật, mở ra một hướng đi mới cho việc tối ưu hóa tính năng của vật liệu sợi nan aramid. Trong tương lai, màng composite hiệu suất cao này (pAMNFs) dự kiến sẽ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, tản nhiệt thiết bị điện tử và vật liệu composite hiệu suất cao, từ đó thúc đẩy phát triển công nghệ của các ngành công nghiệp liên quan.
Tin Tức Nổi Bật
EN
