DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.12.086

纤维素纳米纤维（CNF）由于耐水性、湿强度和热稳定性差，在先进应用方面面临挑战。本研究比较了CNF和芳纶纳米纤维（ANF）的制备方法、形态和分散性。然后进一步研究了CNF和ANF纳米纸的机械强度，特别是湿强度保持率（RWS）、光学性能、紫外线屏蔽、润湿性和热稳定性。结果表明，与CNF和CNF纳米纸相比，ANF和ANF纳米纸在分散性、耐水性、湿强度、热稳定性和紫外线屏蔽能力方面具有明显优势。特别是ANF纳米纸的RWS达到了82.5%，显著超过了CNF纳米纸（1.1%）。本工作表明，ANF有望成为先进纳米复合材料中CNF的理想替代品。透明、柔性、超强的ANF纳米纸具有良好的耐水性和湿强度，以及较强的紫外线屏蔽性能，在各种新型应用中显示出巨大的潜力。

图1.胶体CNF和ANF以及CNF/水和ANF/水悬浮液的制备方法和数码照片比较：（a）CNF，（b）ANF。

图2.CNF和ANF在不同溶剂中的分散性比较。（a-d）：胶体CNF和CNF/溶剂分散状态的照片；（e-h）：胶体ANF和ANF/溶剂分散状态的照片；符号+表示稳定色散；符号±表示不稳定色散；符号-表示非色散。

图3.（a,b）CNFs和CNF纳米纸的TEM和SEM图像；c）CNF纳米纸的XPS C1s光谱；（d,e）ANFs和ANF纳米纸的TEM和SEM图像；f）ANF纳米纸的XPS C1s光谱。

图4.（a,b）CNF和ANF纳米纸的数字图像；（c,d）CNF和ANF纳米纸的紫外-可见光谱；插图：在颜色评估柜中（X-Rite，JudgeII）暴露于紫外光（高度25cm，波数365nm）的未覆盖以及经CNF纳米纸和ANF纳米纸覆盖的纸币。

图5.CNF和ANF纳米纸的机械性能：（a）接触角对比；（b）样品在水中浸泡24小时后的数字照片；（c）干燥状态下的应力-应变曲线；（d）潮湿状态下的应变-应变曲线；（e）极限强度对比；（f）刚度对比。

图6.（a）CNF纳米纸横截面、（b）ANF纳米纸横截面，（c）CNF纳米纸断裂横截面，以及（d）ANF纳米纸断裂横截面的SEM显微照片，（e）CNF纳米纸断裂面的放大图；（f）ANF纳米纸断裂面的放大图。

图7.CNF和ANF纳米纸的热稳定性：（a）TGA-DTG曲线；（b）TGA-DTG的详细信息。