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纳米级Nafion薄膜的三维精细结构
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-01-28 , DOI: 10.1021/acsapm.0c01318 A. Peltonen 1 , J. Etula 2 , J. Seitsonen 3 , P. Engelhardt 3 , T. Laurila 2, 4
ACS Applied Polymer Materials ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-01-28 , DOI: 10.1021/acsapm.0c01318 A. Peltonen 1 , J. Etula 2 , J. Seitsonen 3 , P. Engelhardt 3 , T. Laurila 2, 4
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Nafion是一种广泛使用的聚合物膜,其应用范围广泛,从先进的能源解决方案到生物分子传感。尽管多年来进行了深入的研究以揭示和理解Nafion的精细结构,但其结构特征(尤其是纳米级薄膜)并没有明确的已知。在本文中,我们使用室温扫描透射电子显微镜(STEM)断层扫描,辅以低温下掠射入射小角X射线散射(GISAXS)和TEM,揭示了未退火的薄(10–100 nm)Nafion的精细结构。电影。从详细的三维重建获得的结果表明:(i)聚合物的疏水和亲水部分的相分数在一定程度上取决于厚度,从0.65 / 0.35变为约0.7 / 0。从100到10 nm厚的薄膜移动时为3 (ii)在所有膜中,通道直径均显示出3至6 nm的值,而与膜的厚度无关;(iii)薄膜内部亲水通道之间的平均距离分布集中在12 nm(在10 nm薄膜中),15 nm(在30 nm薄膜中)和7 nm(在100 nm薄膜中)附近;(iv)在最厚的膜中,亲水性通道表现出较高的互连性,并且某些通道似乎终止于Nafion膜内而不是穿过膜;(v)亲水性SiO会产生一些限制作用 (iii)薄膜内部亲水通道之间的平均距离分布集中在12 nm(在10 nm薄膜中),15 nm(在30 nm薄膜中)和7 nm(在100 nm薄膜中)附近;(iv)在最厚的膜中,亲水性通道表现出较高的互连性,并且某些通道似乎终止于Nafion膜内而不是穿过膜;(v)亲水性SiO会产生一些限制作用 (iii)薄膜内部亲水通道之间的平均距离分布集中在12 nm(在10 nm薄膜中),15 nm(在30 nm薄膜中)和7 nm(在100 nm薄膜中)附近;(iv)在最厚的膜中,亲水性通道表现出较高的互连性,并且某些通道似乎终止于Nafion膜内而不是穿过膜;(v)亲水性SiO会产生一些限制作用在10和30 nm厚的薄膜的情况下,图2的表面显示为亲水通道在基板附近水平移动的趋势。此外,还证明了用于Nafion膜的稳定的室温STEM层析成像方法和保留干燥状态下Nafion的水合形态特征的样品制备方法。这些结果使人们对Nafion薄膜的精细结构有了更深入的了解,并为表征和理解其在不同应用中的性能提供了更好的手段。
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更新日期:2021-02-12
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