Covalent Bonds Reinforced Strength and Modulus of Heterocyclic Aramid Fiber by Interfacial Aminated‐MXene Nanosheets

材料科学 芳纶 极限抗拉强度 结晶度 共价键 纤维 复合材料 模数 聚合 杨氏模量 聚酰胺 聚合物 粘结强度 原位聚合 弹性模量 纳米纤维 化学键 热塑性塑料
作者
Boyuan Chen,H LIU,Weiheng Kong,Ke Han,Jing Fang,Xingjiang Wu,Jianhong Xu,Hao Li
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e75135-e75135
标识
DOI:10.1002/advs.75135
摘要

Architecting high-performance heterocyclic poly(p-phenylene benzimidazole-benzamide) (PBIA) fiber presents challenges, including low orientation, crystallinity and interchain interaction, which reduces mechanical property. Herein, for the first time, we develop covalent bonds strategy to reinforce the mechanical property of PBIA fiber by using interfacial aminated-MXene (MXene-NH2) nanosheets via in situ polymerization and microfluidic spinning. The MXene-NH2 with reactive amino sites can serve as nucleating agents and chain anchors to enhance orientation, crystallinity and interchain interaction via strong interfacial amido covalent bonds. Consequently, the representative PBIA/Ti3C2Tx-NH2 fiber exhibits the increase of 34% in tensile strength and 18% in Young's modulus, with an ultrahigh tensile strength of 6.95 ± 0.16 GPa and Young's modulus of 273.6 ± 5.1 GPa. This covalent bonds reinforced mechanism can be further extended to other MXene-NH2 nanosheets, such as V2CTx-NH2, Nb2CTx-NH2 and Mo2TiC2Tx-NH2, indicating the universality. Benefiting from ultrahigh strength and modulus, the PBIA/Ti3C2Tx-NH2 fiber can maintain 61% initial strength after 0.8 J transverse impact, and the CNTs@PBIA/Ti3C2Tx-NH2 fiber supercapacitor presents durable capacitance under stretching state, indicating the promising paradigm for high-performance fiber as impact-protection and wearable supercapacitor.
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