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鄭州大學劉春太教授/馮躍戰副教授團隊 Mater. Horiz.：濕法球磨輔助去質子化策略實現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/化學穩定性和優異的力學性能等，在許多新興領域具有廣闊的應用前景。然而，現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基制品研發的關鍵和挑戰。

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副教授團隊提出了一種新的濕法球磨輔助去質子化（BMAD）策略，實現了超細ANF的高效制備。通過球磨產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子化反應，同時細化了納米纖維的直徑。結果表明，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構和較少的缺陷，具有優異的抗拉強度（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基材料在許多新領域的開發和實際應用。

圖1. 超細ANF的制備過程

圖2. 不同方法制備的ANF形貌和直徑分布統計

圖3. 超細ANF的結構表征及制備機理

圖4. ANF納米紙的制備、結構、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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