2024-04-24 17:19:38
东华大学丁彬教授团队Advanced Fiber Materials:探寻影响碳纳米纤维强度的关键因素
静电纺碳纳米纤维因其综合性能优异,在复合材料、超级电容器、催化剂支撑、太阳能电池、传感器等方面发挥着不可替代的作用。静电纺聚丙烯腈基碳纳米纤维目前应用最为广泛,然而其力学性能依然还远低于理论预期,成为限制其应用的重要瓶颈问题。为此,东华大学丁彬教授课题组针系统性回顾了二十余年碳纳米纤维力学增强的相关研究,从纤维制备、力学性能现状、现有增强策略及机理、影响力学性能的关键因素等角度进行了回顾,以“Strategies in Precursors and Post Treatments to Strengthen Carbon Nanofibers”为题在《Advanced Fiber Materials》期刊发表了综述论文,东华大学纺织学院硕士研究生胡国芳为本文第一作者,纺织科技创新中心张骁骅研究员和丁彬教授为通讯作者。
在此基础上,该团队进一步对纤维制备和成型过程中的结构变化开展了深入的分析,发现了大量存在于碳纳米纤维中的断裂现象——而这向来没有得到应有的高度重视。如图1A至F所示,这些纤维断裂的现象普遍存在于各种静电纺纤维中,可视为影响材料力学性能最关键的结构因素。而图1G至I则为该团队针对从制备到预氧化(稳定化)再到碳化过程中的形貌变化开展的表征,同样观察到大量的纤维断裂现象,并揭示断裂主要发生在预氧化环节。而目前常规的增强手段主要为针对预氧化和碳化过程的优化处理,以及聚合物分子间相互作用的调控,并不能从根源上杜绝纤维断裂的发生。
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