Nacre-Inspired Black Phosphorus/Nanofibrillar Cellulose Composite Filmの機械的特性と優れた耐火性の向上

Nacre-Inspired Black Phosphorus/Nanofibrillar Cellulose Composite Film with Enhanced Mechanical Properties and Superior Fire Resistance.

• Shuilai Qiu
• Xiyun Ren
• Xia Zhou
• Tao Zhang
• Lei Song
• Yuan Hu

抄録

天然真珠は、優れた機械的特性を持つ軽量かつ高強度のナノコンポジットの組み立てのための最適化されたガイド原理を提供しています。天然真珠の"レンガとモルタル"層構造に触発されて、我々は、真空アシストろ過自己組織化手順を介してナノフィブリルセルロース（NFC）と数層のヒドロキシル官能化黒リン（BP-OH）からなるバイオインスパイアされたナノコンポジットのコホートを提示します。二次元（二次元）BP-OHが一次元（一次元）NFCによく分散し、それらの間に強い水素結合が存在することにより、これらの新規な真珠型BP-OHx/NFC複合フィルムは、引張強度が214.0MPa（純NFCの400％増）、引張破壊ひずみが23.8％（純NFCの1.8倍）と優れた機械的性能を示した。さらに、これらの真珠のような複合フィルムは、良好な耐火性と高い熱安定性を有しています。この真珠にヒントを得たアプローチは、高性能BP-OHx/NFC複合フィルムを設計するための有望な戦略を示すものであり、得られたバイオインスパイア材料は、柔軟性のある建築材料や難燃性のある断熱材への応用の可能性を秘めています。

Natural nacre offers an optimized guiding principle for the assembly of light-weight and high-strength nanocomposites with excellent mechanical properties. Inspired by "brick-and-mortar" layered structure of natural nacre, we present a cohort of bioinspired nanocomposites consisted of nanofibrillar cellulose (NFC) and few-layer hydroxyl functionalized black phosphorus (BP-OH) via a vacuum-assisted filtration self-assembly procedure. Owing to the well dispersed two dimensional (2D) BP-OH in one dimensional (1D) NFC and strong interfacial hydrogen bonding between them, these novel nacre-like BP-OHx/NFC composite films show excellent mechanical performance with tensile strength up to 214.0 MPa, 400% increase compared to pure NFC and tensile fracture strain up to 23.8%, 1.8 times higher than pure NFC. Moreover, these nacre-like composite films bare good fire resistance and high thermal stability. This nacre-inspired approach demonstrates a promising strategy for designing high-performance BP-OHx/NFC composite film, and the obtained bioinspired material could be a potential candidate in the application of flexible construction material and flame retarded insulation material.