DOI: 10.1016/j.compscitech.2023.109975

在这项工作中，研究者使用金属离子（Ca₂₊、Mg₂₊和Al₃₊）原位辅助芳纶纤维劈裂来制备芳纶纳米纤维，成功地在碱性环境下将CaCO₃、Mg（OH）₂和Al（OH）₃纳米颗粒（NPs）接枝在芳纶纳米纤维（ANFs）表面。由无机NP改性ANFs组装而成的纳米纸显示出比纯ANF膜更高的机械和隔热性能，以及热稳定性和水通量。Mg²⁺产生的样品的应力、断裂应变、韧性和介电击穿强度分别增加了66.2%、151.3%、332.6%和28.3%。增强的机械和隔热性能可归因于结构致密化和界面相互作用的改善，而增加的水通量是由无机NPs的亲水性引起的。在400℃下退火2h后，由于致密的微观结构，介电击穿强度进一步提高，但应力和伸长率降低。这项工作提供了在ANFs表面构建零维NPs的一般策略，在不降低其他性能的基础上可以有效地丰富其结构、性能及应用。

图1.金属离子辅助芳纶纤维劈裂和ANF基复合膜的制备工艺示意图。

图2.（a1-a2）ANFs和（d1-d2）CaCO₃、（e1-e2）Mg（OH）₂和（f1-f2）Al（OH）₃接枝ANFs的TEM图像。d3-f3和d4-f4分别是CaCO₃、Mg（OH）₂和Al（OH）₃的选定晶格带和电子衍射图案。图（b）和（c）分别是ANF/DMSO分散体的光学图像和所有膜的XRD图谱。右侧给出了ANF基薄膜的光学图像，所有薄膜都显示出高折叠性和柔性。

图3.（a）Ca²⁺/ANF、（b）Mg²⁺/ANF和（c）Al³⁺/ANF膜的表面SEM图像和元素图。

图4.（a,b）基于ANF的样品的FTIR，（c）拉曼光谱，（d）紫外-可见吸收光谱，（e）紫外-可见透射光谱，以及（f）TG和DTG曲线。

图5.（a）ANF基薄膜的应力-应变曲线、平均（b）应力、（c）断裂应变、（d）韧性、（e）模量和（f）水通量。

图6.（a）ANF、（b）Ca²⁺/ANF、（c）Mg²⁺/ANF和（d）Al³⁺/ANF膜的横截面SEM图像。

图7.（a）ANF基薄膜的密度和（b）BET表面积。

图8.（a）ANF基薄膜的介电常数，（b）介电损耗，（c,e）根据威布尔分布推断的介电击穿失效概率，以及（d,f）介电击穿强度。图（e）和（f）中的样品在空气中于400℃下退火2小时。

图9.（a）ANF基样品在空气中于400℃下退火2小时后的应力-应变曲线，（b）平均断裂应力和应变，以及（d-g）横截面SEM图像。图（c）给出退火膜的光学图像，其显示出高可折叠性。