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鄭州大學劉春太教授/馮躍戰(zhàn)副教授團隊 Mater. Horiz.：濕法球磨輔助去質(zhì)子化策略實現(xiàn)超細芳綸納米纖維的高效制備
2023-05-21  來源：高分子科技

  芳綸納米纖維（ANF）具有大的長徑比、超高的熱/化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學性能等，在許多新興領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。然而，現(xiàn)有報道的以芳綸纖維為原料制備ANF的方法存在制備周期長（7天）和濃度低（0.2 wt%）等問題，難以實現(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，鄭州大學橡塑模具國家工程研究中心劉春太教授和馮躍戰(zhàn)副教授團隊提出了一種新的濕法球磨輔助去質(zhì)子化（BMAD）策略，實現(xiàn)了超細ANF的高效制備。通過球磨產(chǎn)生強的剪切和碰撞力，使宏觀的芳綸纖維分裂成微纖維，不僅促進了溶液向纖維內(nèi)部的滲透，而且擴大了反應物之間的接觸界面，從而大大加速了去質(zhì)子化反應，同時細化了納米纖維的直徑。結(jié)果表明，BMAD策略可高效（20 g/(L·h)）制備超細纖維直徑（2.09 nm）和窄尺寸分布（1.0 ~ 4.0 nm）的ANF。由超細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)異的抗拉強度（271.7 MPa）和韌性（33.1 MJ/m3）、良好的機械柔韌性和超高的熱穩(wěn)定性等綜合性能。因此，該BMAD方法的提出將促進高性能ANF基材料在許多新領(lǐng)域的開發(fā)和實際應用。 


圖1. 超細ANF的制備過程 


圖2. 不同方法制備的ANF形貌和直徑分布統(tǒng)計 


圖3. 超細ANF的結(jié)構(gòu)表征及制備機理 


圖4. ANF納米紙的制備、結(jié)構(gòu)、透光性和形貌表征 


圖5. ANF納米紙的力學性能及斷裂機理


  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橡塑模具國家工程研究中心博士生韓高杰，通訊作者為鄭州大學馮躍戰(zhàn)副教授和劉春太教授。該研究得到了國家自然科學基金和河南省自然科學基金的支持。


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

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（責任編輯：xu）
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