Kohlenstoffnanoröhrchen-Dispersionstechnologie und ihre Charakterisierungsmethode

1. Mechanisch unterstützte Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren

Die mechanischen Verfahren zur Unterstützung der Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren umfassen hauptsächlich mechanisches Rühren, Mahlen, Kugelmahlen und Ultraschalldispersion. Mechanisches Rühren ist die einfachste Methode. Dabei wird hauptsächlich die Scherbeanspruchung des Dispersionslösungsmittels genutzt, um das makroskopische Pulver von Kohlenstoffnanoröhren zunächst aufzubrechen. Einige Forscher glauben, dass der Dispersionseffekt auf eindimensionale Kohlenstoffnanoröhren nahezu vernachlässigbar ist.

Wenn die Kohlenstoffnanoröhren in der Kugelmühle gemahlen werden, können die Cluster zerstört werden, um die Dispersion in gewissem Maße zu fördern. Durch das Mahlen in der Kugelmühle werden jedoch die Kohlenstoffnanoröhren geschnitten und das Aspektverhältnis verringert, was einen gewissen Einfluss auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften hat. Kugelmahlen ist eine praktikable Dispersionsmethode, wenn keine besonderen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren gestellt werden. Zum Beispiel haben einige Forscher Kugelmühlen verwendet, um Kohlenstoffnanoröhren zu dispergieren und sie dann mit Aluminiumlegierungen zu legieren. Die Härte und das Modul der Verbundwerkstoffe sind fast doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Aluminiumlegierungen.

Im Vergleich zu mechanischem Rühren und Kugelmahlen ist die Ultraschalldispersion eine effizientere Methode zum Dispergieren von Kohlenstoffnanoröhren in situ in Lösung. Ultraschallwellen können die in der Lösung erzeugten Mikrobläschen sofort explodieren lassen und energiereiche Stöße erzeugen, um die Kohlenstoffnanoröhrencluster zu zerbrechen. Die Kavitation der Ultraschallwellen in der Lösung kann lokale hohe Temperaturen erzeugen und die Kohlenstoffnanoröhren zwischen den beiden zerstören. Van-der-Waals-Kraft fördert die Kombination der beiden die gute Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren in Lösung. Die Dispergierbarkeit der Kohlenstoffnanoröhren kann durch Einstellen der Zeit und der Leistung der Ultraschallschwingung verbessert werden.

2. Chemische Oberflächenmodifikation von Kohlenstoffnanoröhren

Im Allgemeinen dient die chemische Oberflächenmodifikation von Kohlenstoffnanoröhren hauptsächlich dazu, die Beschädigung oder die Defekte an der Rohrwand chemisch zu modifizieren. Die Polarität des dispergierenden Lösungsmittels ist unterschiedlich, und die Anforderungen an die Oberflächenmodifizierung der Kohlenstoffnanoröhren sind ebenfalls unterschiedlich: Wenn das Lösungsmittel hochpolar ist, kann die hochkonzentrierte starke Säure verwendet werden, um die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre zu oxidieren und kovalent zu ätzen eine stark polare Gruppe wie eine Hydroxylgruppe oder eine Carboxylgruppe einführen. Die Kohlenstoffnanoröhren und das Lösungsmittel sind mit der Polarität kompatibel, wodurch der Dispersionsgrad der Kohlenstoffnanoröhren in der Lösung erhöht wird; Wenn das Lösungsmittel schwach (oder unpolar) ist, ist die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhren im Allgemeinen schwach gepfropft (unpolare Polymermolekülketten, die eine gute Verträglichkeit mit Lösungsmitteln aufweisen, und der durch die Beschichtung der Molekülketten verursachte sterische Hinderungseffekt hemmt Kohlenstoffnanoröhren Agglomeration, und die beiden fördern gemeinsam die Kohlenstoffnanoröhren in Lösung.

3. Tensidbehandlung von Kohlenstoffnanoröhren

Anders als bei mechanisch unterstütztem Dispergieren und chemischer Modifizierung der Oberfläche kann dies die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren zerstören. Die Tensidbehandlung ist eine zerstörungsfreie physikalische Methode zur Oberflächenmodifizierung von Kohlenstoffnanoröhren, um deren gute Dispersion in polaren Lösungsmitteln (oder Matrix) zu fördern. Die effektive Verbesserung der Leitfähigkeit und Adsorption von Kohlenstoffnanoröhren usw. ist zum Schwerpunkt der Forschung im Bereich der Kohlenstoffnanoröhrenmodifikation geworden.

Das Tensidmolekül besteht im Allgemeinen aus einer lösungsmittellöslichen Gruppe und einer solvophoben Gruppe (wobei die solvophile Gruppe mit dem Lösungsmittel in Kontakt steht und sich in das Lösungsmittel hinein erstreckt und die solvophobe Gruppe von der Kohlenstoffnanoröhre adsorbiert und auf die Kohlenstoffnanoröhrenoberfläche aufgetragen wird); es dispergiert Kohlenstoffnanoröhren in einem polaren Lösungsmittel durch elektrostatische Abstoßung, sterische Wirkung und dergleichen stabil. Die Menge an Tensid hat üblicherweise einen optimalen Wert, das heißt, wenn die Konzentration erhöht wird, bis die Oberfläche der Kohlenstoffnanoröhre gerade vollständig beschichtet ist, ist die Dispersionseffizienz am höchsten und die niedrigere oder höhere Konzentration verringert den Dispersionseffekt.

Tenside, die gegenwärtig zum Dispergieren von Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden, umfassen: kationisches Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), anionisches Natriumdodecylbenzolsulfonat (SD-BS), Dodecannatriumsulfat (SDS), Natriumdodecylsulfonat, nichtionisches OP-10, Triton-100, makromolekulares Gummi (10). AG), Cyclodextrin, DNA. Unterschiedliche Tenside und unterschiedliche Tensidkonzentrationen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren, und viele Forscher haben ähnliche Tests durchgeführt.