郑州大学刘春太教授/冯跃战副教授团队 Mater. Horiz.：湿法球磨辅助去质子化策略实现超细芳纶纳米纤维的高效制备

2023-05-21 来源：高分子科技

芳纶纳米纤维（ANF）具有大的长径比、超高的热/化学稳定性和优异的力学性能等，在许多新兴领域具有广阔的应用前景。然而，现有报道的以芳纶纤维为原料制备ANF的方法存在制备周期长（7天）和浓度低（0.2 wt%）等问题，难以实现ANF的快速、高效制备；得到的ANF存在直径大且尺寸分布广等问题限制了以其为基体的产品性能。因此，如何提高ANF的制备效率和细化纤维直径，是拓展高性能ANF基制品研发的关键和挑战。

近日，郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘春太教授和冯跃战副教授团队提出了一种新的湿法球磨辅助去质子化（BMAD）策略，实现了超细ANF的高效制备。通过球磨产生强的剪切和碰撞力，使宏观的芳纶纤维分裂成微纤维，不仅促进了溶液向纤维内部的渗透，而且扩大了反应物之间的接触界面，从而大大加速了去质子化反应，同时细化了纳米纤维的直径。结果表明，BMAD策略可高效（20 g/(L·h)）制备超细纤维直径（2.09 nm）和窄尺寸分布（1.0 ~ 4.0 nm）的ANF。由超细ANF制备的纳米纸具有致密的堆积结构和较少的缺陷，具有优异的抗拉强度（271.7 MPa）和韧性（33.1 MJ/m³）、良好的机械柔韧性和超高的热稳定性等综合性能。因此，该BMAD方法的提出将促进高性能ANF基材料在许多新领域的开发和实际应用。

图1. 超细ANF的制备过程

图2. 不同方法制备的ANF形貌和直径分布统计

图3. 超细ANF的结构表征及制备机理

图4. ANF纳米纸的制备、结构、透光性和形貌表征

图5. ANF纳米纸的力学性能及断裂机理

该工作以“Ultrafine Aramid Nanofibers Prepared from High-Efficiency Wet Ball-Milling Assisted Deprotonation for High-Performance Nanopaper”为题发表在《Materials Horizons》（Mater. Horiz. DOI: 10.1039/d3mh00600j）。文章第一作者为郑州大学橡塑模具国家工程研究中心博士生韩高杰，通讯作者为郑州大学冯跃战副教授和刘春太教授。该研究得到了国家自然科学基金和河南省自然科学基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH00600J

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（责任编辑：xu）

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