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鄭州大學(xué)劉春太教授/馮躍戰(zhàn)副教授團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.：濕法球磨輔助去質(zhì)子化策略實(shí)現(xiàn)超細(xì)芳綸納米纖維的高效制備

2023-05-21 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：濕法球磨輔助去質(zhì)子化超細(xì) 芳綸納米纖維機(jī)械柔韌性熱穩(wěn)定性

芳綸納米纖維（ANF）具有大的長(zhǎng)徑比、超高的熱/化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)性能等，在許多新興領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有報(bào)道的以芳綸纖維為原料制備ANF的方法存在制備周期長(zhǎng)（7天）和濃度低（0.2 wt%）等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)ANF的快速、高效制備；得到的ANF存在直徑大且尺寸分布廣等問(wèn)題限制了以其為基體的產(chǎn)品性能。因此，如何提高ANF的制備效率和細(xì)化纖維直徑，是拓展高性能ANF基制品研發(fā)的關(guān)鍵和挑戰(zhàn)。

近日，鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心劉春太教授和馮躍戰(zhàn)副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新的濕法球磨輔助去質(zhì)子化（BMAD）策略，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)ANF的高效制備。通過(guò)球磨產(chǎn)生強(qiáng)的剪切和碰撞力，使宏觀的芳綸纖維分裂成微纖維，不僅促進(jìn)了溶液向纖維內(nèi)部的滲透，而且擴(kuò)大了反應(yīng)物之間的接觸界面，從而大大加速了去質(zhì)子化反應(yīng)，同時(shí)細(xì)化了納米纖維的直徑。結(jié)果表明，BMAD策略可高效（20 g/(L·h)）制備超細(xì)纖維直徑（2.09 nm）和窄尺寸分布（1.0 ~ 4.0 nm）的ANF。由超細(xì)ANF制備的納米紙具有致密的堆積結(jié)構(gòu)和較少的缺陷，具有優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度（271.7 MPa）和韌性（33.1 MJ/m³）、良好的機(jī)械柔韌性和超高的熱穩(wěn)定性等綜合性能。因此，該BMAD方法的提出將促進(jìn)高性能ANF基材料在許多新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。

圖1. 超細(xì)ANF的制備過(guò)程

圖2. 不同方法制備的ANF形貌和直徑分布統(tǒng)計(jì)

圖3. 超細(xì)ANF的結(jié)構(gòu)表征及制備機(jī)理

圖4. ANF納米紙的制備、結(jié)構(gòu)、透光性和形貌表征

圖5. ANF納米紙的力學(xué)性能及斷裂機(jī)理

該工作以“Ultrafine Aramid Nanofibers Prepared from High-Efficiency Wet Ball-Milling Assisted Deprotonation for High-Performance Nanopaper”為題發(fā)表在《Materials Horizons》（Mater. Horiz. DOI: 10.1039/d3mh00600j）。文章第一作者為鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心博士生韓高杰，通訊作者為鄭州大學(xué)馮躍戰(zhàn)副教授和劉春太教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和河南省自然科學(xué)基金的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH00600J

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（責(zé)任編輯：xu）

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