A synergistic interfacial and topological strategy for reinforcing aramid nanofiber films

材料科学 纳米纤维 纳米材料 芳纶 微尺度化学 韧性 复合材料 纳米尺度 聚合物 极限抗拉强度 微观结构 纳米技术 纤维 数学教育 数学
作者
Jiongke Jin,Xun‐En Wu,Huarun Liang,Haomin Wang,Shuo Li,Haojie Lü,Peng Bi,Jiali Niu,Yang Wu,Yingying Zhang
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (10): 4626-4634 被引量:7
标识
DOI:10.1039/d3mh00866e
摘要

While nanomaterials possess impressive mechanical properties at the microscale level, their macroscopic assemblies usually exhibit inferior properties due to ineffective stress transfer among individual nanomaterials. This issue is addressed in this work by achieving strong interfacial interactions between aramid nanofibers and graphene oxide nanosheets through a neutralization reaction in a dipolar solvent and regulating the topological properties using polymer micelles to form a compact structure, leading to the formation of a super-strong and super-tough nanofiber film. The film was prepared through a sol-gel-film transition process and possesses a nacre-like microstructure that deflects microcracks and prevents them from propagating straight through the film. Remarkably, it demonstrates a tensile strength of 599.0 MPa and a toughness of 37.7 MJ m-3, which are 491.0% and 1094.5% that of a pristine aramid nanofiber film, respectively. In addition, it exhibits excellent tolerance to extreme temperatures (-196 to 300 °C) and fatigue resistance to folding 10 000 times. Overall, this study presents a synergistic interfacial and topological enhancement strategy for constructing nanomaterial-based composites with inherited properties from the nanoscale building blocks to the macroscale structural material.
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