1/ 研究背景
芳纶纳米纤维（ANF）薄膜凭借其独特性能，在众多领域具有广阔的应用前景。然而，如何在降低导热系数的同时进一步提升其力学强度，已成为该领域当前的研究热点与主要挑战。传统方法在构建强氢键网络以提升 ANF 薄膜性能方面存在明显局限；因此，亟需新的策略来优化 ANF 薄膜的结构与性能。
图片说明：pAMNFs 的制备与形貌
图中展示了 pAMNFs 的制备过程（pANFs 的去质子化过程 pANFs pANFs/PMIA pAMNFs），对比了 pANFs 的二维平面氢键结构与 pAMNFs 的三维氢键结构，标注了 “Nanofibers ‘jungle frame'”，并与力学强度相关图示相对应。
2/ 研究方法
l 核心策略：引入“双去质子化”策略处理芳纶纳米纤维（ANFs），以构建三维氢键网络。
表征方法：
采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）与 X 射线光电子能谱（XPS）分析纤维表面化学结构，验证极性官能团的变化。
采用原子力显微镜（AFM）与扫描电子显微镜（SEM）观察纤维与薄膜的微观形貌，以了解结构优化情况。
l 性能测试：
采用万能试验机测试薄膜的拉伸强度、弹性模量等力学性能指标。采用激光导热仪测量薄膜的导热系数，评估其隔热性能。
图片说明：微观结构分析
图中包含原子力显微镜（AFM）高度传感器图像（标注了不同位置的高度数据：6.2 nm、14.8 nm、47.9 nm 等）、扫描电子显微镜（SEM）图像（500 nm 尺度下 pANFs 与 pAMNFs-30 的微观形貌对比）、相对压力–孔径分布曲线，以及基于 Barrett-Joyner-Halenda（BJH）法的孔容–孔径分布曲线，展示了处理前后薄膜微观结构的差异。
3/ 研究结果
成功构建了三维氢键网络。双去质子化作用在芳纶纳米纤维（ANFs）表面生成更多极性基团，为纤维之间形成三维氢键网络创造了有利条件。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）与 X 射线光电子能谱（XPS）测试结果表明，处理后纤维表面极性官能团数量显著增加，为氢键形成提供了更多活性位点，最终成功构建出稳定的三维氢键网络。
图片说明：pAMNFs 薄膜的力学性能
图中给出多组力学性能数据图表：拉伸应变–应力曲线（对比 pANFs 与不同 PMIA 含量的 pAMNFs）、pAMNFs 中 PMIA 含量与性能的关系图、温度对强度/韧性影响的曲线，以及 pANFs 与 pAMNFs-30 之间界面载荷传递的示意图，直观展示了力学性能的增强效果。
力学性能显著增强。
得益于三维氢键网络的支撑作用，芳纶纳米纤维（ANF）薄膜的力学性能大幅提升。实验数据显示，与未处理的芳纶纳米纤维薄膜相比，经双去质子化处理的复合薄膜（pAMNFs）拉伸强度可提升数倍，弹性模量也显著增强，使其在高强度材料应用场景中具备更强的竞争优势。
图片说明：化学结构分析
图中包含傅里叶变换红外（FT-IR）光谱（标注了 N-H 弯曲、C=O⋅⋅⋅H 伸缩、N-H 伸缩等特征峰位置）、X 射线光电子能谱（XPS）C 1s 轨道结合能谱、氢键距离–分布函数曲线，以及氢键寿命随时间变化曲线，验证了双去质子化后化学结构的变化与氢键相互作用的增强。
导热系数显著降低。
三维氢键网络的存在对热量传递产生明显的阻碍作用，使复合薄膜（pAMNFs）的导热系数显著降低。测试结果表明，该薄膜的导热系数可降至极低水平，展现出优异的隔热性能，在隔热材料领域具有良好的应用潜力。
微观结构优化
扫描电子显微镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）拍摄的图像显示，经双去质子化处理后，薄膜中芳纶纳米纤维（ANFs）排列更加规整，纤维之间结合更紧密，形成均匀致密的微观结构。这一结构优化是薄膜力学强度提升、导热系数降低的重要原因之一。
图片说明：力学与热性能综合分析
图中展示了储能模量/损耗模量–温度曲线、导热系数对比图（pAMNFs-30 的导热系数低至 0.0626 W·m⁻¹·K⁻¹）、热重分析（TG）曲线、不同材料的比强度与韧性对比图，以及 pAMNFs-30 与 pANFs 在不同时间段内的性能变化对比，全面展示了该薄膜的力学与热性能优势。
4/ 研究结论
本研究提出的“双去质子化”策略，成功在芳纶纳米纤维（ANF）薄膜中构建了三维氢键网络，不仅有效提升了薄膜的力学强度，还显著降低了其导热系数。该方法操作简便、效果显著，为芳纶纳米纤维材料的性能优化提供了新思路。未来，这种高性能复合薄膜（pAMNFs）有望在航空航天、电子器件散热、高性能复合材料等多个领域广泛应用，从而推动相关产业的技术发展。