DOI: 10.1021/acsanm.9b01684

氮化硼纳米管（BNNTs）具有独特的热机械性能，使其成为结构耐热复合材料的优良候选材料，但由于难以将材料分散到可用的结构中，其使用在过去受到限制。促进分散到溶液中的技术，例如BNNTs的功能化和表面活化，改变和降解材料的所需特性，以及BNNTs的高表面能，使其难以获得足够的浓度来运用常规混合技术利用这些特性。本研究使用一种新型的高g负荷混合技术，在聚丙烯腈(PAN)中均匀分散了重量高达20% (wt%)的未官能化氮化硼纳米颗粒(BNPs)和BNNTs的纺丝溶胶-凝胶溶液。这证实了BNPs和BNNTs影响了整体PAN性能，例如玻璃化转变温度（T_g）和拉伸强度。这也表明，由于存在的氮化硼含量增加，BNNTs的负载量超过了渗滤阈值，电纺复合材料的负载结构转变为互连纳米填料的稳定核。这一点在复合材料的拉伸强度增加和PAN热解后形成稳定的相互连接的BNNTs毡中表现得很明显。这项研究突出了利用未官能化材料的优势，并指出了高g负载作为一种可行的混合技术的成功案例，适用于高含量未官能化BNNTs。

图1：静电纺丝装置及PAN交联与BNNTs相互作用过程的图形描述

图2：a）PAN电纺纤维（对照）、b）BNPs（50-100nm）、c）BNNTs（90%纯度）的扫描电镜。

图3：不同质量分数的BN-PAN电纺纤维的形态：a）5％BNPs、b）10％BNPs、c）15％BNPs、d）20％BNPs、e）5％BNNTs、f）10％BNNTs、g）15％BNNTs和h）20％BNNTs。

图4：PAN（黑色），PAN + 20 wt％BNP（红色）和PAN + 20 wt％BNNT（蓝色）的XRD。

图5：5-20wt％的BNP-PAN和BNNT-PAN电纺纤维的T_g。

图6：BNP-PAN和BNNT-PAN电纺纤维毡的拉伸强度为5-20 wt％。

图7：图形描绘了随着BNNTs负载的增加，BNNT-PAN电纺纳米纤维中BNNTs的互连性也随之增加。

图8：a）热解后20％BNNT-PAN中2.5 cm×2.5 cm的正方形和b）相互缠结的BNNT网络的扫描电镜。