Two-dimensional Nanocomposites Based on Cellulose Nanofibrils and Graphene Oxide
Tid: Fr 2022-09-30 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Fiber- och polymervetenskap
Respondent: Hanieh Mianehrow , Träkemi och massateknologi, Biokompositer, Wallenberg Wood Science Center
Opponent: Professor Aji Mathew, Stockholms universitet
Handledare: Professor Lars Berglund, VinnExcellens Centrum BiMaC Innovation, Biokompositer, Wallenberg Wood Science Center, Department of Fibre and Polymer Technology, Wallenberg Wood Science Center, KTH Royal Institute of Technology, Teknikringen 56, 100 44 Stockholm, Sweden
QC 2022-09-02
Abstract
Tvådimensionella(2D) nanokompositer baserade på nanofibriller från cellulosa (CNF) och 2D nanomaterial är av intresse som hållbara material som har både funktionella och strukturella egenskaper. För att uppnå förstärkningseffekter från 2D-flak är deras orientering och fördelning i CNF-matrisen viktiga. I denna avhandling undersöks nanokompositer baserade på CNF och grafenoxid (GO). Fokus ligger på att förstå relationer mellan nanostruktur och fysikaliska egenskaper, liksom förstärkningsmekanismer och molekylära växelverkningar i gränsytan CNF-GO. För detta ändamål kombineras experimentella undersökningar med molekylärdynamisk (MD) simulering.
CNF-GO filmer med olika GO-innehåll framställs med hjälp av vakuumfiltrering av stabila hydrokolloid-dispersioner, följt av torkning. Nanostruktur, fysikaliska och mekaniska egenskaper undersöks. Även en liten, "homeopatisk" mängd stora GO-flak (0.07 vol%) förbättrar orienteringen av CNF, vilket resulterar i stark egenskapsförbättring. För att lägga till ytterligare funktionalitet till sådana nanokompositer reduceras GO på kemisk väg i en våt kaka av CNF-GO (efter vakuumfiltrering) så att GO bildar reducerad grafenoxid (RGO). Huvudidén är att bevara den homogena fördelningen av GO i CNF-matrisen och sedan reducera GO till RGO för att uppnå elektrisk ledningsförmåga tillsammans med mekanisk förstärkning. De mekaniska egenskaperna är mycket höga. Effekter från fukt på mekanisk prestanda hos CNF-RGO nanokomposit studeras också och jämförs med CNF-GO och CNF-filmer. Även om CNF-GO adsorberar mer fukt, visar den högre draghållfasthet vid 90% RH jämfört med CNF-RGO och CNF. Fukteffekter på molekylära interaktioner vid gränsytan CNF-GO studerades ytterligare genom MD-simuleringar. Torra gränsytor bildas även under fuktiga förhållanden. Anledningen är att systemets entropi ökar när instängt, adsorberat vatten i gränsytan diffunderar ut och bildar högrörligt vatten i vätskeform. Gränsytan CNF-GO-gränssnittet visar högre skjuvhållfasthet än CNF-grafen eller CNF-RGO, på grund av högre densitet av vätebindningar. Detta kan bidra till högre hållfasthet för CNF-GO jämfört med CNF-RGO vid 90% RH, trots högre fukthalt för CNF-GO.