Nanofibers zinaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa mali ya mitambo ya vifaa na inachukuliwa kuwa nyenzo bora za kuimarisha kwa ajili ya maandalizi ya hidrojeni mchanganyiko. Hata hivyo, uwekaji wa tabaka au usambazaji usio na usawa wa nanofibers opaque katika tumbo la hidrojeni itasababisha mali ya chini ya mitambo na uwazi duni wa hidrojeni zilizochanganywa. Utayarishaji wa hidrogeli yenye nguvu, iliyonyooshwa na sare iliyoimarishwa nanofiber inayopitisha haidrogeli bila kuathiri uwazi inasalia kuwa changamoto kubwa.

Muundo wa In Situ wa Imara Kimechanic, "In Situ Synthesis of Mechanically Robust," na Ding Bin na Zhang Shichao kutoka Shule ya Nguo, Chuo Kikuu cha Donghua, Katika Nyenzo za Utendakazi za Hali ya Juu, Haidrojeli za Nanofiber-Inawazi (SFRHS) za Hidrojeni kwa Nyeti Nyingi za Kimitambo. na utulivu wa kielektroniki uliripotiwa.

Hidrojeli ya uwazi ya SFRHS iliyoimarishwa na nanofiber ilitayarishwa kwa kuchanganya nanofiber za silika na vinylsilane kuwa alginati ya sodiamu (SA)/ polyacrylamide (PAM) hidrojeli. Minyororo ya PAM iliunganishwa kwa ushirikiano na nanofiber za silika kupitia silane, na hivyo kutengeneza muunganisho thabiti wa kemikali wa baina ya uso. Kwa kuongeza, kiolesura kati ya nanofiber za silika na minyororo ya PAM hutoa mwingiliano usio na ushirikiano (kama vile vifungo vya hidrojeni) ambavyo vinaweza kuvunja na kuunganishwa tena wakati wa kunyoosha, kusambaza nishati na homogenizing mtandao wa hidrojeni.

Uwiano wa hali ya juu wa nanofiber za silika na kiolesura thabiti kati ya nanofibers na mtandao wa hidrojeni huchangia katika sifa bora za kiufundi za SFRHs. Timu ya watafiti ilitayarisha kwanza silicon isiyo na silane nanofiber iliyoimarishwa hidrojeli na kuunganisha tu kwenye kiolesura. Hidrojeni ilitambuliwa kama P-SFRHS. Wakati uwiano wa kipengele cha nanofibers za silicon huongezeka kutoka 50 hadi 400, nguvu za mitambo ya nanofibers huongezeka sana (kutoka 0.11 MPa hadi 0.24 MPa), ambayo inaweza kuwa kuhusiana na ongezeko la nguvu ya interface.

Ili kuboresha ufanisi wa uhamishaji wa mizigo ya usoni, TMSPMA ilianzishwa kati ya nanofibers na tumbo la hidrojeni, na hidrojeni ilirekodiwa kama C-SFRHS. Nguvu ya mitambo ya C-SFRHS ni 0.3MPa, matatizo ni 1400%, na moduli ya Young ni 0.11MPa. Moduli ya juu ya C-SFRHS ni bora zaidi kuliko ile ya hidrojeni za mvutano zilizopo na maudhui ya juu ya maji sawa.

Ili kuelewa utaratibu wa uimarishaji wa nanofiber, athari za uwiano wa L/D na dhamana shirikishi kwenye sifa za uso kwa uso za SFRH zilihesabiwa kwa kutumia uigaji wa jumla wa mienendo ya molekuli ya atomiki (MD). Aina mbili za nanofiber za silicon zenye uwiano tofauti wa L/D, P-SFRH5 na P-SFRH10, na C-SFRH10 pamoja na utangulizi wa ziada wa TMSPMA, zilitumika kama miundo mitatu. Matokeo yanaonyesha kuwa nishati ya mwingiliano huongezeka kutoka 1135 hadi 2241 kJ·mol-1 kwa kuongezeka kwa uwiano wa L/D, ambayo inaonyesha kwamba mwingiliano wa kimwili, kama vile vikosi vya van der Waals, vikosi vya Coulomb, na vifungo vya hidrojeni kati ya nanofiber za silicon. na tumbo la hydrogel, huimarishwa. Baada ya kuanzishwa kwa dhamana thabiti ya covalent, kiolesura cha hydrogel ya mchanganyiko inaweza kuongezeka kwa kiasi kikubwa hadi 4000 kJ · mol-1. Kwa kuongeza, msuguano wa kiolesura cha mifano mitatu unaigwa kwa kuchora, na msuguano wa kiolesura cha mifano mitatu huhesabiwa kulingana na upotevu wa nishati ya kinetic. Kiwango cha juu cha msuguano wa C-SFRH10 ni 3.34 NN (P-SFRH5 na P-SFRH10 ni 1.06 na 1.87 NN, mtawalia). Nguvu hii kubwa ya msuguano hufanya iwe vigumu kuteleza kati ya nanofiber za silicon na tumbo la haidrojeli, ambayo inalingana na moduli ya juu zaidi na nguvu inayozingatiwa kwa C-SFRHs.

Mali ya mitambo na utaratibu wa kuimarisha wa SFRHS

Ikilinganishwa na hysteresis ndogo ya P-SFRHs, C-SFRHs ilionyesha hysteresis kubwa katika majaribio ya mzunguko wa upakiaji na upakuaji, wakati deformation ya kudumu baada ya kupakua ilikuwa karibu kupuuzwa, ambayo ilionyesha ugumu wake na superelasticity. Baada ya vipimo 1000 vya mvutano wa mzunguko, moduli ya Young, mkazo wa juu na mgawo wa kupoteza nishati wa C-SFRHS haukupungua kwa kiasi kikubwa. Ikilinganishwa na hidrojeni za kawaida zisizo na nguvu, SFRH zinaonyesha ustahimilivu wa nguvu wa kubana na mkazo wa juu wa shinikizo (MPa 2.6 kwa 90% ya matatizo). Zaidi ya hayo, zinaweza kukandamizwa mara kwa mara chini ya aina kubwa kama hizo bila kuporomoka kwa muundo. Kwa kuongeza, iligundua kuwa kwa kuongezeka kwa maudhui ya nanofibers ya SiO2, impedance ilipungua kwa hatua kwa hatua, ikionyesha kuwa conductivity ya ionic ya SFRHs ilionyesha mwelekeo wa kuongezeka. 

Uboreshaji wa conductivity ya ionic unahusishwa na athari mbili: kwanza, kiasi kidogo cha nanofibers za silika zisizo za conductive katika hidrogeli ya composite huhakikisha uhamaji mkubwa wa ioni katika maji. Pili, nanofiber za silika zilizo na uwiano wa hali ya juu na uso wa tindikali (-OH group) huvutia kaunta na kuunda mkondo unaopitisha unyevu mwingi kwenye hidrojeni.

Superelasticity na conductivity ionic ya SFRHS

SFRHS ina usikivu wa hali ya juu na uthabiti wa mzunguko wa damu kwenye masafa mapana ya hisi na inaweza kutumika kufuatilia mienendo ya binadamu na mapigo ya moyo. SFRH zinaweza kufuatilia kwa ufaafu vichocheo changamano na vidogo vya nje, kama vile mwandiko, n.k., ambavyo vina uwezekano wa matumizi muhimu katika uzuiaji wa mwandiko na nyanja zingine.

Utendaji wa kutambua SFRHS

Kichwa cha Tasnifu: Muundo wa In Situ wa Hidrojeni Imara Kimechanika, Nanofiber Inayoimarishwa kwa Uwazi kwa ajili ya Kuhisi Nyingi Sana.

DOI: 10.1002 / adfm. 202103117