DOI: 10.1039/d3mh00600j

芳纶纳米纤维（ANFs）具有纳米级的直径、大的长径比、暴露的电负性表面，以及超高热/化学惰性和极端的机械性能，在许多新兴领域具有广阔的应用前景，但由于制备效率低和直径分布广，这些应用受到很大限制。在此，本研究提出了一种高效的湿法球磨辅助去质子化（BMAD）策略，以快速制备具有超细直径的ANFs。球磨产生的强烈剪切力和碰撞力诱导宏观纤维剥离和分裂，促进了反应物之间的渗透并扩大了接触界面，从而加速了去质子化反应，细化了ANF直径。因此，在30分钟内成功实现了直径仅为2.09nm、高浓度（1wt%）的超细ANFs。与现有报道的ANF制备方法相比，这种BMAD策略在效率（20g/L/h）和纤维直径方面优势明显。超细微观结构使相应的ANF纳米纸具有更紧凑的堆叠和更少的缺陷，从而表现出非凡的机械性能，包括拉伸强度（271.7MPa）和韧性（33.1MJ/m3）。这项工作在高效生产超细ANF方面取得了重大进展，为制备有前景的多功能ANF基材料带来了可观的前景。

图1.超细ANFs的制备。（a）通过BMAD方法制备超细ANFs的示意图。（b）去质子化过程中提取的溶液的POM图像。（c）BMAD过程中提取的ANF分散体的照片和（d）相应的UV-vis吸收光谱。（e）通过不同的去质子化方法获得ANFs的制备时间。（f）制备周期和（g）效率与先前报道的ANF制备方法的综合比较。

图2.ANFs的形态表征和直径分布。通过不同的去质子化方法获得的ANFs的AFM图像：（a）ANF-MS；（b）ANF/H2O-MS；（c）ANF-BM；（d）ANF/H2O-BM。相应ANF纤维的（a’-d’）典型高度剖面和（a”-d”）直径统计数据。

图3.超细ANFs的表征和形成机理。（a）不同球磨时间的ANF分散体的拉曼散射和（b-c）FTIR光谱。BMAD过程中断裂的微纤维的SEM图像：（d）剥离状态，（e）崩解状态，（f）分裂状态和（g）断裂状态。（h）通过BMAD方法从宏观Kevlar纤维到超细ANF的演变过程示意图。

图4.ANF纳米纸的制备、结构和光学性能。（a）通过真空辅助自组装制备ANF纳米纸的步骤。（b）ANF/H2O-BM纳米纸在弯曲、折叠和按压状态下的数字照片。（c）不同ANF纳米纸的XPS光谱、（d）XRD图谱、（e）拟合峰和（f）UV-vis光谱。（g和h）ANF/H2O-BM纳米纸的截面SEM图像。

图5.ANF纳米纸的机械性能和断裂机理。不同ANF纳米纸的（a）拉伸应力-应变曲线，（b）拉伸强度、断裂伸长率以及（c）杨氏模量和韧性，（a）中的插图代表拉伸试验前后ANF/H2O-BM样品的照片。（d）ANF/H2O-BM纳米纸提起重物的数字图像。（e）ANF纳米纸的拉伸强度和韧性与先前报道的ANF基和CNF基材料的综合比较。（f和f’）ANF-MS和（g和g’）ANF/H2O-BM纳米纸截面断口的SEM图像。（h）ANF/H2O-BM纳米纸的断裂机理示意图。