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《Nanoscale》湖南大学钟文斌:芳纶纳米纤维/还原多孔氧化石墨烯/聚苯胺水凝胶和衍生薄膜

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石墨烯联盟 2021-09-18 18:30

赋予具有新功能的高机械强度和热稳定性芳纶纳米纤维(ANF)将带来巨大的应用。最近,湖南大学科研团队提出了一种在组分之间产生共价键的策略,以通过溶剂交换凝胶化获得具有高机械性能的均匀 ANF/还原多孔氧化石墨烯 (ANF/rHGO) 和 ANF/rHGO/聚苯胺 (ANF/rHGO/PANI) 水凝胶和随后的水热处理。所制备的 ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 水凝胶在 20.2 和 13.8 kPa 的高压缩强度下表现出优异的可恢复性,应变分别为 34.4% 和 30.6%,相比之下,应变为 92.5% 的可恢复性为~20 ANF 水凝胶的百分比。

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此外,ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 气凝胶分别具有 38.9-64.1 g g-1 和 24.5-44.0 g g-1 的快速和高吸油能力。真空干燥后获得的 ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 薄膜分别具有 121.4 和 95.5 MPa 的高拉伸强度。此外,ANF/rHGO/PANI 薄膜通过控制 PANI 的掺杂水平表现出良好的可见光选择性吸收。ANF/rHGO/PANI 气凝胶薄膜通过冷冻干燥组装成柔性固态对称超级电容器,并提供 200 F g-1 的有利比电容、2500 次机械弯曲循环后理想的 98.9% 电容保持率和大约 100% 的电容即使在保持张力 15 小时后仍保持不变。具有如此优异性能的水凝胶、气凝胶和衍生薄膜有望用于去除油污、光学过滤器和柔性承载储能装置。

图1. (a) ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 水凝胶的压缩过程。(b) ANF、ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 水凝胶的压缩应力-应变曲线。(c) ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 气凝胶样品,显示出轻质特性。(d) ANF/HGO、ANF/rHGO、ANF/HGO/PANI 和 ANF/rHGO/PANI 薄膜的静态水接触角。(e) ANF/rHGO 和 ANF/rHGO/PANI 气凝胶的油吸附过程。

图2. 数码照片展示了 (a-c) 柔性 ANF/rHGO 和 (d-f) ANF/rHGO/PANI 薄膜的各种机械状态(初始、弯曲、折叠、卷曲和扭曲以及在水中揉捏和折叠)。 (g) 具有不同 ANF 与 HGO 质量比的 ANF/rHGO 薄膜的拉伸应力-应变曲线,(h) ANF/rHGO和ANF/HGO 薄膜的比较,(i)制备的柔性薄膜和(j)比较 ANF/rHGO/PANI 和 ANF/HGO/PANI 薄膜样品。

相关论文以题为Mechanically strong multifunctional three-dimensional crosslinked aramid nanofiber/reduced holey graphene oxide and aramid nanofiber/reduced holey graphene oxide/polyaniline hydrogels and derived films发表在《Nanoscale》上。通讯作者是湖南大学钟文斌教授。

参考文献:

doi.org/10.1039/D1NR03826E

文章来源:公众号【水凝胶】

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