生体由来ホスト-ゲスト複合体によるMXeneの利用：閉じ込め触媒を介した多機能な難燃性エポキシ

科学分野:

• 材料科学
• 高分子化学
• ナノテクノロジー

背景:

• 高性能エポキシ樹脂は、航空やコーティングなどの要求の厳しい用途に不可欠です。
• 難燃性、機械的強度、多機能性を備えたポリマーの開発は、依然として大きな課題です。
• 既存の難燃剤は、しばしば危険な元素を含み、材料特性を損なう可能性があります。

研究 の 目的:

• 新規の多機能エポキシ複合材料を設計し、難燃性と機械的強度を向上させること。
• 閉じ込められたMXeneアセンブリのために、生体由来のホスト-ゲストフェロセン化学を調査すること。
• 従来の難燃剤を使用せずに、高い難燃効率を達成すること。

主な方法:

• 生体由来のホスト-ゲストフェロセン化学を用いたMXeneの同時インターカレーションおよび表面アセンブリ。
• 合成されたハイブリッドMXene@CD@Ferr-Feを、超低濃度（2 wt%）でエポキシマトリックスに組み込むこと。
• 難燃性（UL-94 V-0、LOI、熱放出率、煙発生量）、機械的特性、熱電感度、光熱変換、および分解性を評価すること。

主要な成果:

• UL-94 V-0定格、限界酸素指数29.5%、ピーク熱放出率（40.3%）および煙発生量（42.0%）の大幅な削減を達成しました。
• 機械的特性の目覚ましい向上が実証されました。
• 熱電火災警報機能（ゼーベック係数約6.3 μV/K）を3秒以内に、および光熱変換（300秒で45℃上昇）を強化しました。
• 穏やかな共溶媒中、閉じ込められたフェロセン触媒作用により、11時間で82 wt%の分解率を示しました。
• メカニズムは、二重モードの鉄触媒チャーリング反応を明らかにしました。

結論:

• P/N/Siフリーの閉じ込め触媒エンジニアリング戦略は、高い難燃効率のための新規アプローチを提供します。
• 開発されたエポキシ複合材料は、優れた難燃性、機械的強度、および多機能性を示します。
• この研究は、高度なポリマー設計のために、2D材料へのフェロセン化学の応用を拡大します。