作為典型的自下而上自組裝天然材料之一,具有特殊層狀“磚混”結構的鮑魚珍珠層表現出獨特的物理和化學性質。受這種結構的啟發,本文,中國科學技術大學宋磊教授、邱水來等研究人員在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊發表名為“Nanolayered Graphene/Black Phosphorus Films for Fire-Retardant Coatings”的論文,研究通過將線性聚乙烯醇 (PVA) 與羥基官能化黑磷 (BP-OH) 納米片和石墨烯蒸發誘導自組裝方法中的氧化物(GO)納米片。
由于線性PVA和二維BP-OH-GO之間的強界面氫鍵,PVA/BP-OH-GO25復合薄膜表現出優異的力學性能,拉伸斷裂應變高達86.6%,拉伸強度高達74.3 MPa(分別是純 PVA 的 1.63 和 2.14 倍)。此外,PVA/BP-OH-GO 25薄膜的韌性達到純PVA的2-3倍,達到了同時提高強度和韌性的目的。因此,設計并制備了一種仿生PVA/BP/GO薄膜,為設計具有高防火安全性和機械性能的仿生復合材料提供了方向。
圖1. 通過蒸發誘導自組裝法制備PVA/BP-OH-GO三元仿生納米復合材料的示意圖。
圖2. (a) FTIR 光譜、(b) XRD 圖案、(c) 拉曼光譜和 (d) BP-OH、GO 和 BP-OH-GO 納米片的 TGA 曲線;(e) BP-OH 和 (f) BP-OH-GO 納米片的O1s XPS 光譜。
圖3、PVA/BP-OH-GO復合薄膜的形貌表征圖4、PVA/BP-OH-GO復合薄膜的力學性能圖5、PVA/BP-OH-GO復合薄膜的熱性能和熱解產物分析圖6、PVA/BP-OH-GO X復合薄膜的阻燃性能及機理
本文,受天然鮑魚珍珠層結構的啟發,采用蒸發誘導自組裝法成功制備了具有微結構的PVA復合膜,由于強氫鍵而表現出優異的綜合性能。本文提出的技術為制備多功能仿生材料提供了一種創新策略。基于對材料(建筑涂料、紡織漿料和纖維、擋風玻璃和防彈玻璃、紙張表面施膠劑、生物降解膜等)的力學性能和耐火性能的苛刻要求,可以預測多功能三元仿生復合材料在柔性建筑、紡織、軍事、交通、航空航天等領域展現出廣闊的應用前景。 |