碳納米管分散

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n       碳納米管簡介

碳納米管(CNT)在1991年被日本電子公司(NEC)的飯島博士發現,並自此即一直備受矚目。納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料,由呈六邊形排列的碳原子構成數層至數十層的同軸圓管,管的兩端一般都封口,因此它有很大的強度。層與層之間保持固定的距離約0.34nm,直徑一般為2-20納米,巨大的長徑比有望使其制作成韌性極好的碳縴維。


碳納米管的應用前景

由于碳納米管的特性,使其復合材料表現出比任意一種單一材料更加優異的性能例如更好的各向同性導熱性,各向同性導電性等特性。基于以上性質,碳納米管在超級電器、塑料改性、靜電屏蔽,太陽能電池、顯示器、生物檢測、燃料電池等方面有著良好的應

用前景。此外,摻雜一些改性劑的碳納米管復合材料也受到人們的廣泛關注。 


           (碳納米管塑料改性涂層)

 

           (細胞外排碳納米管的機制示意圖)


n     如何將碳納米管分散至理想狀態?

   1. 分散劑選擇

 CNTs的表面活性劑有NaDDBSTriton X-100, SDS. 實驗表明帶有芳香基團的化合物,與 CNTs有更好的結合能力,吸附能力更強,能獲得更好的分散效果。

    2. 分散劑量的選擇

對于外徑較大的多壁碳納米管,推薦用量為碳納米管的 10-15%,外徑較小的碳納米管用量為 60-70%,對于單壁管,推薦用量為 100-300%.此比例僅供參考,具體用量跟原料質量有較大關系

    3. 分散設備的選擇

在試驗階段,一般用超聲設備制備碳納米管的分散液,當樣品量上升之後,超聲波的操作時間太長,不利于中試和生產的進行。研磨設備無法較好地對樣品進行溫度控制,生產條件無法掌控,易引起產品質量的批次差異。高壓均質設備/高壓分散設備是一種連續流的設備,可以在進料和出料設置冷卻,能夠很好地控溫,實現生產條件的一致性,是碳納米管分散中試和工業化生產的理想設備

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◆      碳納米管的分散與PhD超高壓均質機


 

 設備︰高壓均質機,型號︰D-6L 產能︰6-10L/H)

 配件︰換熱器,電子顯微鏡,燒杯控溫器(溫度設置在10℃以下)

 樣品︰碳納米管漿料(固含量6%)+ NMP

配比75g 碳納米管漿料,75g 無水乙醇,*終固含量為 2.5% 

實驗目的︰將團聚的碳納米管分散開,並剪短碳納米管的長度,以增加導電性

實驗條件5000psi 預處理一遍,26000psi高壓處理3.

實驗過程

1.使PhD陶瓷均質閥,碳素材料專用分散閥,外接換熱器,冷水機溫度設置10℃

2.將樣品混好之後,用高速剪切機初步攪拌,設備用溶劑清洗之後,可開始均質操作,調節分散壓力至5000psi,略等幾秒後,將均質後的樣品接入燒杯,開始低壓的一次循環.

3.高壓26000psi高壓分散3次,均質過程溫度控制10℃內。


實驗現象

 1. 初步攪拌的樣品,碳納米管屬于絮狀物懸浮在溶劑中

 2. 預處理之後,碳納米管初步分散在溶劑中,樣品粘度增大

 3. 高壓處理一遍後,樣品粘度降低,接近水溶液

 4. 高壓處理兩遍後,樣品沿燒杯壁流下,無可見顆粒,流動性良好,無掛壁附著物,無沉澱

 5. 根據檢測結果顯示︰碳納米管由*初的纏繞狀,變為單根分散在溶液中,分散性提升,溶液可穩定放置較長時間不分層

 

 

 

總結

PhD高壓均質分散非常適合用于碳納米管分散液的制備,對于漿料的粘度,均質機也有很好的適應性,分散效率高,過程可控性好,又便于與其他反應設備聯用,是新材料制備的一個不錯選擇.

 

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