碳納米管由于其優(yōu)良的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能,在儲氫、場發(fā)射、吸波、電極材料等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但目前很多辦法只能小批量的制備碳納米管,難以降低成本,嚴(yán)重制約了其工業(yè)化的應(yīng)用。因而大規(guī)模可控制備碳納米管是當(dāng)前碳納米管研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。
碳納米管作為一維納米材料,具有許多優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能,近些年得到 了廣泛地研究與應(yīng)用。碳納米管具有高比強(qiáng)度和比剛度,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到50?200GPa,是 鋼的1〇〇倍,密度卻只有鋼的1/6,它的彈性模量可達(dá)lTPa,約為鋼的5倍。碳納米管憑借 優(yōu)良的力學(xué)性能,已被廣泛用做復(fù)合材料界面增強(qiáng)材料。
但是,碳納米管表面缺少活性基團(tuán),在水中或者有機(jī)溶劑中溶解度很少,這嚴(yán)重制 約著它的利用。另外,碳納米管比表面積大,長徑比大,它們之間的范德華力非常強(qiáng),使得其 在溶劑中極易團(tuán)聚和纏繞,這就嚴(yán)重阻礙了作為納米材料優(yōu)異性能的發(fā)揮。
IKN高剪切納米乳化機(jī)很好的解決了其分散的問題,比表面積大,潤濕性好,不易纏繞。
碳納米管分散難題:如何打破團(tuán)聚?
?? 隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,碳納米管因其的結(jié)構(gòu)和的物理化學(xué)性質(zhì),成為了科研和工業(yè)領(lǐng)域的熱門材料。盡管制備方法不斷完善,但碳納米管容易團(tuán)聚的問題仍然存在,這嚴(yán)重影響了其在實(shí)際應(yīng)用中的性能發(fā)揮。
?? 碳納米管團(tuán)聚的主要原因包括納米粉體的強(qiáng)團(tuán)聚效應(yīng)和纖維材料的糾纏粘結(jié)現(xiàn)象。由于單根碳納米管具有較大的長徑比,它們?nèi)菀桌p繞在一起,形成團(tuán)聚體。這種團(tuán)聚狀態(tài)不僅破壞了單根碳納米管的優(yōu)異力學(xué)和電學(xué)特性,還限制了對其性能的深入研究。
?? 為了實(shí)現(xiàn)碳納米管的均勻分散,需要滿足三個關(guān)鍵條件:首先,要破壞長纖維的糾纏粘結(jié)狀態(tài);其次,要克服團(tuán)聚體的強(qiáng)吸附力;最后,選擇合適的介質(zhì)來穩(wěn)定碳納米管的分散狀態(tài)。
??? 現(xiàn)有的分散方法包括機(jī)械攪拌與研磨法、高能球磨法、超聲波處理法、表面化學(xué)共價修飾分散法和表面活性劑的非共價修飾分散法。例如,細(xì)胞磨球磨機(jī)可以通過碾斷碳納米管來分散團(tuán)聚體,同時添加表面活性劑可以進(jìn)一步提高分散效果。
?? 深入了解碳納米管的團(tuán)聚原因和分散方法,對于促進(jìn)其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。未來的研究將致力于開發(fā)更有效的分散技術(shù),以充分利用碳納米管的潛在優(yōu)勢。
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碳納米管高速研磨分散機(jī),碳管高速分散機(jī) 碳納米管分散液高速納米分散機(jī)/碳納米管高剪切納米分散機(jī)/碳納米分散設(shè)備
IKN碳納米管分散液高速分散 機(jī)由電動機(jī)通過皮帶傳動帶動轉(zhuǎn)齒(或稱為轉(zhuǎn)子)與相配的定齒(或稱為定子)作相對的高速旋轉(zhuǎn),被加工物料通過本身的重量或外部壓力(可由泵產(chǎn)生)加壓產(chǎn)生向下的螺旋沖擊力,透過定、轉(zhuǎn)齒之間的間隙(間隙可調(diào))時受到強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、高頻振動等物理作用,使物料被有效地乳化、分散和粉碎,達(dá)到物料超細(xì)粉碎及乳化的效果
碳納米管分散技術(shù)三要素:分散介質(zhì)、分散劑和分散設(shè)備
1、分散介質(zhì)
(1)根據(jù)粘度不同,分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中,如水和有機(jī)溶劑,碳納米管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠等,高粘度介質(zhì)如熔融態(tài)的塑料。
(2)此處介紹的碳納米管分散技術(shù),針對中、低粘度分散介質(zhì)。
2、分散劑
(1)分散劑的選擇,與分散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、極性、溶度參數(shù)等密切相關(guān)。
(2)分散劑的用量,與碳納米管比表面積和共價鍵修飾的功能基團(tuán)有關(guān)。
(3)水性介質(zhì)中,推薦使用TNWDIS。強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中,如醇、DMF、NMP, 推薦使用TNADIS。中等極性有機(jī)溶劑如酯類、液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠,推薦使用TNEDIS 。
3、分散設(shè)備
(1)超聲波分散設(shè)備:非常適合實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、低粘度介質(zhì)分散碳納米管,用于中、高粘度介質(zhì)時會受到限制。
(2)研磨分散設(shè)備:適合大規(guī)模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散碳納米管。
(3)采用“先研磨分散、后超聲波分散”組合方法,可以高效、穩(wěn)定地分散碳納米管
分散劑用量推薦。
1、碳納米管比表面積與分散劑用量
我們試劑級碳納米管分為單壁管(外徑<2nm)和多壁管。多壁管根據(jù)外徑不同,分為TNM1(外徑50nm)。隨著外徑的增加,碳納米管的比表面積減小
TNWDIS推薦用量:單壁管重量的3.5倍, TNM1 重量的1.0倍, TNM8 重量的0.2倍。其余用量參考調(diào)整
2、碳納米管功能化與分散劑用量
功能化后的碳納米管,更容易在水中分散。 通常,碳納米管羧基功能化后,分散劑的用量可以減少50%
TNWDIS推薦用量:羧基化單壁管重量的1.5-1.8倍, 羧基化TNM1 重量的0.5倍, 羧基化TNM8 重量的0.1倍
3、對于TNADIS, TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對于TNEDIS, TNM8 的推薦用量是重量的0.8倍
乳狀液的破壞過程通常分為兩步。*步是絮凝過程,在此過程中分散相粒子聚集成團(tuán),而各粒子仍然存在。絮凝過程是可逆的,即聚集成團(tuán)的粒子在外界作用下又可分離開來,處于形成和解離動態(tài)平衡。若絮團(tuán)與介質(zhì)的密度差足夠大時,則會加速分層,若乳狀液的濃度足夠大,其黏度則會增高。乳狀液破壞的第二步是聚結(jié)過程,在此過程中,這些絮凝成團(tuán)的粒子形成一個大液滴,與此對應(yīng),乳狀液中的液珠數(shù)目隨時間增加而不斷減少,然后乳狀液破壞,此過程是不可逆的。ERS2000系列產(chǎn)品與傳統(tǒng)的設(shè)備對比
⑴ 傳統(tǒng)設(shè)備需要8小時的乳化過程,ERS2000設(shè)備1小時就可以完成,更加高效、節(jié)能。
⑵ 傳統(tǒng)設(shè)備的攪拌轉(zhuǎn)速每分鐘幾十轉(zhuǎn),帶有乳化功能的每分鐘轉(zhuǎn)速也在1500轉(zhuǎn)之內(nèi),而ERS2000系列每分鐘轉(zhuǎn)速可達(dá)到5000-6000轉(zhuǎn),更加快速。超高的線速度產(chǎn)生的剪切力,使物料瞬間細(xì)化乳化,從而獲得更高品質(zhì)的產(chǎn)品。
碳納米管高速研磨分散機(jī),碳管高速分散機(jī) 碳納米管分散液高速納米分散機(jī)/碳納米管高剪切納米分散機(jī)/碳納米分散設(shè)備