三维结构的 MXene/Si O2 通过自组装策略改善复合材料的界面性能

一、文章概述

公开了一种前所未有的MXene和sio2在碳纤维(CF)上的静电自组装，以增强碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面性能。带负电荷的 MXene 通过强静电相互作用锚定在阳离子化的 CF 表面，然后通过胺改性 Si O2（正电荷）的协同作用，提供具有三维结构的稳定 MXene/Si O2 材料，该材料具有高 模量、大比表面积和高表面活性。两种不同尺寸和形貌的纳米材料的参与，协同增强了机械联锁，使得CF与树脂之间形成了良好的化学键连接，能够有效地传递应力和耗散能量。此外，组装MXene/Si O2后CF的表面能从26.67增加到48.12 m J/m2。CF/MXene/Si O2/环氧树脂（EP）复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度和弯曲强度与未上胶的CF/EP复合材料相比分别提高了73.2%、61.2%和39.2%。动态力学分析 poxy (DMA) 测试表明，CF/MXene/Si O2/EP 复合材料的储能模量比 CF/EP 复合材料提高了 64%，复合材料的玻璃化转变温度从 147.9 提高到 151.8 ℃。该协议为设计具有三维结构的先进CF/EP复合材料提供了一种思路。

二、图文导读

图1、在碳纤维表面构造MXene/ sio2三维增强结构示意图。

图2、(A) 未分级 CF、(B) CF/MXene 和 (C) CF/MXene/Si O2 的表面形貌。（CF、碳纤维）。

图3、(A)不同CFs的FTIR和(B) Raman光谱，(C和D) MXene和sio2nh2的zeta光谱。

图4、(A) CF/EP 复合材料的 IFSS；（B）未定尺寸的 CF/EP、（C）CF/MXene/EP 和（D）CF/MXene/Si O2/EP。微剥离试验后复合材料断裂表面的 SEM 图像（CF，碳纤维；IFSS，界面剪切强度；SEM、扫描电子显微镜）。 

图5、 (A, A', A'') Unsized CF/EP, (B, B', B'') CF/MXene/EP,和 (C, C', C'') CF/MXene/Si O2/ EP复合材料断面和横截面的 SEM 图像。（CF，碳纤维；SEM、扫描电子显微镜）。 

三、全文总结

作者成功地将MXene和sio2纳米材料通过静电自组装在CF表面形成三维结构，有效地改善了CF/EP复合材料的界面性能。该方法简便、环保，为增强纤维与基体之间的机械联锁以及有效地将化学官能团引入纤维表面提供了一种新的方法。CF/MXene/ sio2复合材料的ILSS、IFSS和抗弯强度分别比未施胶的CF复合材料高61.2%、73.2%和39.2%。从脱粘后的表面形貌可以看出，界面失效模式由粘着失效转变为粘着失效。通过自组装建立了有效的界面相，为优化CF复合材料的界面性能提供了可能的选择。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/pc.26358

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