芳纶纳米纤维基功能复合气凝胶的设计制备与应用研究

来源 :海南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:saya1989
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气凝胶是由相互连接的三维固体网络组成并且被大量的气体填充的多孔固体材料,其纳米尺度的结构和理化特性使得气凝胶的具有孔隙率高、表面积大、密度低等优点。在储能、吸附、催化等众多领域都展现出广泛应用价值和前景。然而,采用简单工艺制备出既具有高比表面积、高孔隙,又具有光、电、热、磁等多种功能的气凝胶,仍然是一大挑战。显然单一组分的气凝胶在功能化方面难以胜任,不过材料的复合可以使得材料在性能上取长补短,产生协同效应。因此复合成为目前气凝胶功能化发展的主要方向。基于此,本文选择杜邦公司生产的高强度芳纶1414(商品名为Kevlar)为基体相,它具有模量高、热稳定性好、重量轻、耐酸碱等优异性能。与之前研究不同,本文采用去质子化的方法将宏观的芳纶纤维束溶解在二甲基亚砜(DMSO)溶液中得到芳纶纳米纤维(ANF)分散液,然后与其他高性能纳米材料复合,制备成复合气凝胶,具体研究内容包括:(1)利用CNT的高效屏蔽性能,将ANF与CNT混合后采用刮刀涂布、溶胶-凝胶、冷冻干燥等处理方式制备成杂化气凝胶。最后施加氟碳树脂(FC)涂层使得材料具有良好的疏水性。由于分子间作用力和π-π堆叠作用,CNT与ANF混合均匀,制备出的柔性FC-ANF/CNT气凝胶薄膜,具有大比表面积(232.8 m2·g-1),高导电性(230 S·m-1),优异疏水性(137°),优异电加热能力(10V下达到112℃),高电磁屏蔽(54 d B),高理论屏蔽效率(99.999%)等优点,未来可应用于热管理、电磁防护等方面。(2)制备ANF水凝胶,在ANF骨架中原位生长上宽波段吸收材料聚吡咯(PPy),再通过超临界干燥制备成ANF/PPy气凝胶。红外、拉曼光谱测试证明了ANF与PPy之间存在多重氢键作用,赋予了复合气凝胶优异的力学性能。此外复合气凝胶还具有高光热转化效率(82.5%)、污水净化能力、高光热水蒸发(1.71kg/m2/h)能力,20次循环使用后,依旧能表现出平稳的水蒸发能力。将在海水淡化方向有良好应用前景。
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