دراسة خصائص تقشير نيتريد البورون سداسية nanosheets عززت مادة البولي بروبيلين المركبة

أولاً - مقدمة

هذه الورقة هي جزء من موضوع خاص عن microfluidic الخالط التطبيق .

خلاصة

في هذه الدراسة ، تقشير نوع سداسي نيتريد البورون النانوية ( e-hbn ) تم إعدادها من قبل microfluidic التجانس الأسلوب . وتظهر النتائج أن تشتت متجانسة من e-hbn في الصفحات المصفوفة هو المفتاح ، فإنه يمكن تحسين خصائص المركبة بشكل ملحوظ . تأثير كوبوليمر بروبلين ( الملكية الفكرية ) ، وتحسين الخواص الميكانيكية محدودة ، ولكن الاستقرار المضادة للأكسدة من جميع المواد المركبة هي تحسنت كثيرا بسبب حاجز e-hbn ، الكربونيل مؤشر بعد الشيخوخة الحرارية انخفضت بشكل ملحوظ . وبالإضافة إلى ذلك ، فإن إضافة e-hbn يحسن الموصلية الحرارية المركبة . وباختصار ، e-hbn هو نوع من التعبئة والتغليف نانو متعددة الوظائف التي يمكن أن تعطي الصفحات المركبة أفضل خصائص شاملة على نحو فعال .

الكلمات الرئيسية

تجريد نيتريد البورون سداسية . مايكرو جت الخالط ؛ مادة البولي بروبيلين المركبة ؛ الموصلية الحرارية ؛ - الخواص الميكانيكية؛ الأكسدة الاستقرار

ثانياً - الإطار العام

تفسير المصطلحات

ثالثاً - مقدمة

تهدف هذه الدراسة إلى حل القيود المتأصلة في مادة البولي بروبيلين ، مثل انخفاض الموصلية الحرارية ، وضعف مقاومة الأكسدة ، وعدم كفاية القوة الميكانيكية من خلال إدخال e-hbn . . . . . . . بالمقارنة مع التقليدية الحشو ، h-bn لديها مزيج فريد من الموصلية الحرارية العالية والعزل ، ولكن الفقراء تشتت في مصفوفة البوليمر هو التحدي الرئيسي . الابتكار في هذا البحث هو دراسة منهجية تأثير عملية تقشير على تشتت h-bn في الصفحات مصفوفة ، مع التركيز على تقييم تعزيز تأثير e-hbn على الحرارية والميكانيكية على المدى الطويل مقاومة الأكسدة من المواد المركبة ، وذلك لملء الفراغ في هذا المجال .

رابعاً - العمليات الأساسية

رابط	الخطوات الأساسية	التفاصيل الرئيسية و المعلمات
إعداد المواد	المواد الخام	-h-BN: دينكا اليابان -البوليمرات: Lyondellbasell عروض الصفحات )إتش بيمع .IPو -المذيبات مشتتةNMP، P4VP
ح بن تقشير	المرحلة السائلة تجريد	1. قبل التشتتh-bn و p4vp مختلطة في كرت و قص في سرعة عالية ( 5000 دورة في الدقيقة ، 1 ساعة ) . 2. مايكرو جت التجانس: باستخدام مايكرو جت الخالط ، في190 ميجا باسانخفاض دورة5مرة . 3. بعد العلاج: الطرد المركزي ، والغسيل والتجفيف بالتجميد للحصول علىالـ e-hBNمسحوق .
إعداد المواد المركبة	تذوب مزيج	1. خلطاستخدامصدى صوتي خلاطمزيج التعبئة مع الصفحات الجسيمات . 2. تذوب البثقاستخدامالتوأم برغي الطاردتذوب مزج . 3. الساخنة الملحة تشكيلاستخدامقرص الصحافةالساخنة الملحة في معيار اختبار ورقة .
توصيف واختبار	تقييم الأداء	-هيكل وشكل: XRD ، SEM ، 3D XRM -الأداء الحراري: TGA, DSC (OIT), الموصلية الحرارية -الخواص الميكانيكية: اختبار الشد -الأكسدة الاستقرار: FTIR ( مؤشر الكربونيل CI )

خامساً - النتائج والمناقشات

توصيف h-bn عززت بروبلين المركبة

في هذه الدراسة ، h-bn عززت مادة البولي بروبيلين المركبة تم إعدادها من قبل النظام . في البداية ، h-bn nanosheets مع زيادة المسافة بين الطبقات ، وانخفاض سمك تم الحصول عليها عن طريق تجريد h-bn microfluidic التجانس تقنية . من أجل تحقيق مثالية تشتت حشو في المصفوفة ، e-hbn nanosheets كانت مغلفة على سطح الجسيمات بروبلين بواسطة صدى خلاط الصوتية ، ثم تم الانتهاء من عملية البثق تذوب . من خلال الاستفادة المثلى من عملية التشتت ، إعداد استراتيجية يضع الأساس للحصول على المواد المركبة مع خصائص ممتازة .

من أجل ضمان فعالية تقشير و تشتت موحد من h-bn nanosheets ، السائل المرحلة تجريد التكنولوجيا باستخدام مايكرو جت الخالط هو المعتمد . هذا الأسلوب يتغلب على قوة فان دير فال بين h-bn طبقات من خلال تطبيق قوة القص قوية وارتفاع الضغط . h-bn تعليق يجبر من خلال تضييق الفجوة في سرعة عالية ، مما أدى إلى الاضطراب و إجهاد القص اللازمة لفصل طبقة سميكة في رقيقة من nanosheets . . . . . . . إن تقشير nanosheets تظهر بيضاء مستقرة تعليق ، مما يدل على نجاح تقشير بصريا .

عملية تقشير كذلك التحقق باستخدام مجهر مسح بالإلكترون ( SEM ) ، كما هو مبين في الشكل 2 باء . وتظهر الصور أن معظم h-bn يتكون من طبقات سميكة من التراص ، في حين أن تقشير h-bn nanosheets تظهر انخفاضا كبيرا في سمك و زيادة في حجم مستعرض . هذا النوع من التحول المورفولوجي يعزز مساحة السطح من h-bn nanosheets ، ويعزز أفضل واجهة التفاعل مع الصفحات مصفوفة ، ويساعد على تحسين خصائص المركبة . حيود الأشعة السينية ( XRD ) التحليل يوفر أدلة إضافية على نجاح تقشير ( الشكل 2 ج ) . كسرد أنماط معظم h-bn تظهر خصائص قمم الحيود في 2 ثيتا القيم 26.8 , 41.7 , 43.9 , 50.2 و 55.2 ° المقابلة ( 002 ) و ( 100 ) و ( 101 ) و ( 004 ) طائرات سداسية h-bn ، على التوالي . هذه التغييرات تشير إلى أن طبقة التراص على طول المحور ج تضعف ، مما يؤكد فصل h-bn طبقة . وبالإضافة إلى ذلك ، ( 002 ) ذروة التحول إلى 26.3 درجة ، والمباعدة بين الولادات ( d002 ) 0.35 نانومتر ، مما يدل على زيادة في طبقات الانفصال ، مما يدل على نجاح إنتاج h-bn تقشير nanosheets . . . . . . .

إعداد مادة البولي بروبيلين ( بي بي ) عززت مع تقشير h-bn ( e-hbn ) nanosheets ينطوي على خطوتين رئيسيتين ، كما هو مبين في الشكل 3 . في الخطوة الأولى ، e-hbn nanosheets بالتساوي المغلفة على الصفحات الجسيمات باستخدام صدى صوتي خلاط ( الشكل 3 ) . عالية التردد الموجات الصوتية المتولدة من خلاط الصوتية تنتج الاهتزاز السريع ، مما يجعل e-hbn nanosheets فرقت بشكل موحد و التقيد بفعالية على سطح الصفحات الجسيمات . هذه الخطوة أمر بالغ الأهمية لأنها يمكن أن تضمن أن nanosheets موزعة بشكل موحد في مصفوفة البوليمر أثناء المعالجة اللاحقة ، وبالتالي تعزيز التجانس العام والممتلكات من المواد المركبة . في الخطوة الثانية ، تذوب البثق بروبلين الجسيمات المغلفة مع h-bn ( الشكل 3 ) . في هذه العملية ، يتم تسخين الخليط لإذابة الصفحات لتسهيل خلط nanosheets مع البوليمر الركازة . هذا الأسلوب ليس فقط يضمن دمج متجانسة من e-hbn ، ولكن أيضا يعزز الترابط القوي بين حشو البوليمر .

الخواص الميكانيكية h-bn عززت بروبلين المركبة

مقارنة مع تأثير كوبوليمر بروبلين ( الملكية الفكرية ) ، نقية حصان يظهر قوة الشد ممتازة ( 30.42 ± 1.5 الآلام والكروب الذهنية ) ، ويرجع ذلك إلى ارتفاع crystallinity . . . . . . . ومع ذلك ، وإتش بي يظهر انخفاض استطالة وصلابة ، مما يؤكد صلابة ، ولكن انخفاض ليونة . إضافة h-bn كومة ( hbn-hp ) يؤدي إلى انخفاض قوة الشد والمتانة .بسبب التكتل من h-bn الجسيمات ، الجسيمات h-bn بمثابة تركيز الإجهاد و يعيق نقل الإجهاد .منتدى

على العكس من ذلك ، فإن قوة الشد ( 32.88 ± 0.45 الآلام والكروب الذهنية ، 14.3 في المائة ) من الواضح أن زيادة بإضافة spalling h-bn ( e-hbn-hp ) . ع = 0.03 ) والمتانة ( 1 الآلام والكروب الذهنية ± 11.73 ، بزيادة 11.6 في المائة . p = 0.07）。 هذهتعزيز يعزى إلى تشتت متجانسة من e-hbn nanosheets في مصفوفة البوليمر ، وبالتالي تحقيق كفاءة نقل الإجهادكما أكد XRM التصوير ( الشكل 1 )

وعلى النقيض من ذلك ، فإن الملكية الفكرية عينات تظهر أعلى الاستطالة والمتانة من إتش بي بسبب المطاط مثل الاثيلين المجال في المصفوفة . ومع ذلك ، فإن إدراج h-bn مكدسة ( hbn-ip ) يقلل بشكل كبير من استطالة وصلابة ، والتي قد تكون بسبب سوء تشتت حشو وضعف التفاعل بين حشو مصفوفة واجهة . إضافة تقشير h-bn ( e-hbn-ip ) يؤدي أيضا إلى انخفاض في استطالة وصلابة من عينات الملكية الفكرية ، على الرغم من أن هذا الانخفاض هو أقل وضوحا من كومة h-bn . . . . . . . هذه الملاحظات تشير إلى أن التحسن المحدود في الخواص الميكانيكية e-hbn-ip المركبة بسبب سوء التفاعل بين الملكية الفكرية واجهة h-bn nanosheets و التجانس المتأصل في الملكية الفكرية المصفوفة . ويتفق هذا الاتجاه مع النتائج التي توصل إليها تشان وآخرون ، الذين لاحظوا تغيرات ضئيلة في الخواص الميكانيكية بعد إضافة 10 ٪ و 15 ٪ و 20 ٪ h-bn . . . . . . .

ولذلك ، الخواص الميكانيكية الصفحات المركبة يمكن أن تحسن بشكل ملحوظ من خلال إضافة تقشير h-bn nanosheets ، وخاصة في homopolymerization من الصفحات . لاحظ تعزيز قوة الشد والمتانة يعزى إلى تشتت متجانس وفعالية نقل الإجهاد من تقشير h-bn . . . . . . . الخواص الميكانيكية المركبة يمكن تحسينها من خلال الاستفادة المثلى من تشتت التكنولوجيا وتعزيز التفاعل بين حشو مصفوفة ، وخاصة في مصفوفة مع أكثر تعقيدا من الهياكل ، مثل تأثير كوبوليمر بروبلين . قوة الشد والمتانة التي حققتها e-hbn عززت إتش بي المركبة ( e-hbn-hp ) هي قادرة على المنافسة .

الخواص الحرارية h-bn عززت مادة البولي بروبيلين المركبة

الاستقرار الحراري h-bn عززت مادة البولي بروبيلين ( بي بي ) المركبة تم التحقيق فيها من قبل thermogravimetry ( TGA ) و ( مشتق thermogravimetry dtga ) . الشكل 5 يبين TGA منحنيات h-bn و h-bn ( e-hbn ) تبين أن h-bn ممتازة الاستقرار الحراري وفقدان الوزن أقل من 1 ٪ .

وأظهرت عينة من e-hbn خسارة طفيفة في الوزن ، ويعزى ذلك إلى بقايا بولي ( 4-vinylpyridine ) ( p4vp ) التي استخدمت مشتتة في إعداد e-hbn . . . . . . . ومع ذلك ، على الرغم من ارتفاع الاستقرار الحراري h-bn ، التحلل الحراري الصفحات بعد إضافة h-bn لم تتحسن بشكل ملحوظ ، كما هو مبين في الشكل 5 ب ، ج . درجة حرارة التحلل نقية إتش بي ، h-bn-hp و e-hbn-hp عينات حوالي 450 درجة مئوية ، وتدهور معدلات مماثلة . اتجاهات مماثلة لوحظت في h-bn-ip عينات ، لذلك الشكل 2 يوفر بيانات عن تجى و dtga هذه العينات . هذا يدل على أن إضافة h-bn لا يغير كثيرا من التحلل الحراري سلوك الصفحات مصفوفة ، على الرغم من وجود h-bn يساعد على الحفاظ على سلامة هيكل المركبة في درجة حرارة عالية .

crystallinity وذوبان خصائص الصفحات المركبة تم تحليلها من قبل دسك القياسات . الصيغة المستخدمة لحساب نسبة crystallinity هي :بينهو ذوبان الحرارة من الصفحات عينة ،هو ذوبان الحرارة ( 207 ي / ز ) نقية البلورية بروبلين . نسبة crystallinity نقية حصان و الملكية الفكرية هي 35.3 في المائة و 31.5 في المائة ، على التوالي ، وذوبان القمم لوحظ في 163 درجة مئوية ( الشكل 6 ) . الاختلافات في crystallinity بين حصان و الملكية الفكرية هي ذات الصلة إلى الخواص الميكانيكية ، من بينها ، وإتش بي لديها أعلى crystallinity ، مما يدل على قوة أعلى ، وانخفاض crystallinity الملكية الفكرية يساعد على تعزيز ليونة . على الرغم من أن h-bn أضيفت إلى الصفحات المركبة ، الخواص الحرارية الصفحات لم تتحسن بشكل ملحوظ ، مما يدل على أن h-bn تعزيز ليس له تأثير كبير على crystallinity أو ذوبان البوليمر ، كما هو مبين في الجدول 3 .

الأكسجين الناجم عن الوقت ( OIT ) تم قياس لتقييم الاستقرار الحراري التأكسدي الصفحات المركبة ( الشكل 3 ) .

OIT القيم تقاس في 180 درجة مئوية ، لأن القيم OIT 200 و 220 درجة مئوية غير عملي لأن القيم هي أقل من 1 دقيقة . نقي حصان الملكية الفكرية ، OIT القيم 4-6 دقائق و 11 دقيقة على التوالي ( الشكل 6 باء ) . h-bn-hp إضافة إلى زيادة h-bn-hp oit 9.67 دقيقة ، h-bn-ip oit زيادة 26 دقيقة ( الشكل 6 ) . زيادة تعزيز h-bn لوحظ ، مما أدى إلى زيادة قيمة e-hbn-hp OIT لمدة 13 دقيقة و قيمة e-hbn-ip OIT لمدة 34 دقيقة ( الشكل 6 ) . هذه النتائج تشير إلى أن إضافة سداسي نيتريد البورون ( h-bn ) ، ولا سيما في شكل تجريد ( e-hbn ) يحسن إلى حد كبير الاستقرار التأكسدي والحرارية خصائص الصفحات المركبة .زيادة أكسدة بفعل الوقت ( OIT ) لوحظ في h-bn و e-hbn عززت بروبلين عينات تبين أن h-bn هو حاجز فعال الأكسجين ونشرها ، وبالتالي تأخير بدء الأكسدة . أفضل تشتت e-hbn في الصفحات مصفوفة تعزيز هذه الحماية ، كما يتضح من ارتفاع قيمة oit e-hbn-hp و e-hbn-ip عينات مقارنة مع unspalling عينات .تحسين الاستقرار الأكسدة يعزى جزئيا إلى الموصلية الحرارية العالية من h-bn ، وبالتالي تعزيز تبديد الحرارة من المواد المركبة . وبالإضافة إلى ذلك ، قياس الموصلية الحرارية يمكن أن توفر أيضا نظرة ثاقبة الخصائص الحرارية المركبة . إضافة التوصيل الحراري h-bn يحسن التوصيل الحراري من الصفحات و يساعد على تحسين تبديد الحرارة . e-hbn عززت المركبة تظهر أعلى الموصلية الحرارية ( الشكل 7 ) ، والتي قد تكون بسبب تشتت e-hbn في الصفحات مصفوفة ، وتعزيز الأداء الحراري المركبة

مقاومة الأكسدة من المواد المركبة تم تقييمها من قبل الحرارية الشيخوخة . إتش بي والملكية الفكرية عينات وضعت في 120 درجة مئوية لمدة 250 و 500 ساعة لمحاكاة التعرض للحرارة على المدى الطويل . تحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء ( FTIR ) كان يستخدم لرصد تشكيل المنتجات المؤكسدة ، ولا سيما مجموعة الكربونيل ( - C ═ س ) .

تحويل فورييه مطيافية الأشعة تحت الحمراء ( الشكل 8 ) يظهر الكربونيل في 1700-1780المنطقة ، مما يدل على أن البوليمر المؤكسدة . مؤشر الكربونيل ( CI ) هو مؤشر فعال لتقييم درجة أكسدة البوليمر عينات .قوة إشارة الذروةنسبة قوة كما هو متوقع ، والشيخوخة الحرارية نقية إتش بي والملكية الفكرية العينات يؤدي إلى زيادة كبيرة في كثافة الذروة الكربونيل الكربونيل مؤشر ( CI ) يظهر زيادة كبيرة . في إتش بي ، كاريتاس الدولية زادت من 0.12 ( نقية ) إلى 1-14 بعد 250 ساعة و 1-17 بعد 500 ساعة من الشيخوخة ، مما يدل على كمية كبيرة من الأكسدة . وبالمثل ، في عينات الملكية الفكرية ، كاريتاس الدولية زادت من 0.18 ( نقية ) إلى 1.0 بعد 250 ساعة ، من 1.25 إلى 1.25 بعد 500 ساعة ، مما يدل على أن أكسدة كبيرة حدثت مع مرور الوقت . ومع ذلك ، إضافة h-bn nanosheets في الصفحات مصفوفة زيادة كبيرة في مقاومة الأكسدة ، مقارنة مع عينات من دون h-bn الشيخوخة الحرارية ، h-bn و h-bn تقشير ( e-hbn ) تعزيز إتش بي والملكية الفكرية عينات أقل كاريتاس الدولية القيم . FTIR النتائج تدعم نتائج البحوث OIT ، مما يدل على أن إضافة h-bn nanosheets ، سواء كان أو لم يكن تقشير تقشير ، وتعزيز مقاومة الأكسدة من الصفحات المركبة . مقارنة مع الصفحات دون h-bn ، كاريتاس الدولية قيمة h-bn تعزيز عينة أقل ، مما يدل على أن درجة الأكسدة انخفضت . هذا يدل على أن إدراج h-bn nanosheets ، وخاصة تقشير nanosheets ، وتحسين مقاومة الأكسدة الحرارية الشيخوخة .

سادساً - الاستنتاجات

وقد أكدت هذه الدراسة بنجاح ،تجريد نيتريد البورون سداسية ( e-hbn ) .كما عالية الأداء نانو حشو ، يمكن أن تحسن كثيرا من الأداء الشامل من مادة البولي بروبيلين ( بي بي ) المركبة . وفيما يلي الاستنتاجات الرئيسية :

1. إعداد و تشتت هي المفتاحاعتمدمايكرو جت التجانسe-hbn أعد بنجاح .خلط الصوتية وذوبان البثقمن خلال الجمع بين التكنولوجيا ، e-hbn في الصفحات مصفوفة يمكن أن تتحقق .تشتت موحدهذا هو أساس تحسين الأداء .

2. تحسن كبير في الخواص الميكانيكية ( وخاصة في إتش بي )فيبولي بروبلين ( إتش بي )إضافة إلى تحقيق e-hbnمتزامن تعزيز قوة وصلابةومع ذلك ، في تأثير copolymerization من الصفحات ( الملكية الفكرية ) ، وتحسين الخواص الميكانيكية محدودة بسبب بنية معقدة من المصفوفة نفسها .

3. الأكسدة الحرارية الاستقرار تحسنت كثيراإضافة : e-hbn يطيل إلى حد كبيرالأكسدة التي يسببها الوقت ( OIT )و يقلل من تأثير الشيخوخة الحرارية .مؤشر الكربونيل ( CI )هذا يدل على أن e-hbn يمكن استخدامها بوصفها الحاجز المادي ، على نحو فعال في منع انتشار الأكسجين وتأخير تدهور الأكسدة من الصفحات .

4. التوصيل الحراري هو تحسينإن e-hbn أشكال أكثر فعالية التوصيل الحراري المسار في الصفحات المصفوفة ، مما يجعلالتوصيل الحراري هو زيادةمنتدى

5. التحلل الحراري السلوك لم تتأثر بشكل كبير: إضافة حشو لا يغير من الصفحات نفسهاالتحلل الحراري درجة الحرارةوأشارت النتائج إلى أن الاستقرار هو أساسا تعزيز التفاعل المادي ، بدلا من تغيير آلية التدهور الكيميائي للبوليمرات .

الحل العام مايكرو جت التجانس