Γιατί η σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-διασκορπίζεται πιο δύσκολα από τη σκόνη πολλαπλών τοιχωμάτων-;

Στην πραγματική χρήση σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα, πολλοί μηχανικοί υλικών αντιμετωπίζουν ένα τυπικό πρόβλημα: Γιατί η σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος (SWCNT Powder) είναι συχνά πιο δύσκολο να επιτευχθεί ομοιόμορφη διασπορά από τη σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNT Powder), ακόμη και όταν προστίθεται στο ίδιο σύστημα διαλύτη, ρητίνης;

Επιφανειακά, ο λόγος φαίνεται να είναι απλώς ότι "οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα-τοίχωμα είναι λεπτότεροι και πιο επιρρεπείς στη συσσωμάτωση", αλλά ο πραγματικός λόγος δεν είναι τόσο απλός.

Ο πυρήνας του γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα-μονό τοίχωμα είναι πιο δύσκολο να διασκορπιστούν είναι η υψηλή αναλογία διαστάσεων, η μικρή διάμετρος σωλήνα και οι μεγάλες αλληλεπιδράσεις μεταξύ-σωλήνων, οι οποίες καθιστούν τα SWCNT πολύ επιρρεπή στο σχηματισμό αδρανών-όπως δεσμών σε κατάσταση ξηρής σκόνης. Μόλις σχηματιστούν σταθερές δέσμες, η συνηθισμένη ανάδευση καθιστά πολύ δύσκολο τον ξανά διαχωρισμό μεμονωμένων σωλήνων άνθρακα.

Πρόσφατη έρευνα επισημαίνει για άλλη μια φορά ότι τα SWCNTs παρουσιάζουν φυσικά προφανή φαινόμενα δέσμης, ένας από τους θεμελιώδεις λόγους είναι οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις van der Waals μεταξύ νανοσωλήνων άνθρακα. Αν και ο παραδοσιακός υπέρηχος και η παρατεταμένη διάτμηση μπορούν να βελτιώσουν τη διασπορά, μπορεί να προκαλέσουν ζημιά στον σωλήνα άνθρακα, κατανάλωση ενέργειας και προβλήματα απόδοσης επεξεργασίας.

Επομένως, εάν αγοράζετε σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα μονού-του τοιχώματος, δεν μπορείτε να εξετάσετε μόνο την καθαρότητα και τη διάμετρο του σωλήνα. Θα πρέπει επίσης να προσέξετε το μήκος, την κατάσταση συσσωμάτωσης, τη μέθοδο επιφανειακής επεξεργασίας και αν ταιριάζει με το σύστημα διασποράς σας.

I. Γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος-διασκορπίζονται πιο δύσκολα από τους νανοσωλήνες άνθρακα με πολλά-τοιχώματα;

Ο θεμελιώδης λόγος δεν είναι ότι "το ένα-τοίχωμα είναι κατ' ανάγκη πιο δύσκολο να διασκορπιστεί από το πολύ-τοίχωμα", αλλά ότι τα SWCNT είναι πιο επιρρεπή στο σχηματισμό ισχυρών δομών-όπως δέσμες και η εκ νέου-διασπορά των δεσμίδων απαιτεί την υπέρβαση σημαντικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ{{4}σωλήνων.

Αν και οι νανοσωλήνες άνθρακα μονού-νανοσωλήνες άνθρακα και οι νανοσωλήνες άνθρακα με πολλά-τοιχώματα ανήκουν και οι δύο σε νανοϋλικά άνθρακα μίας-διάστασης, οι δομές τους διαφέρουν σημαντικά.

Τα SWCNTs έχουν μόνο ένα τοίχωμα σωλήνα που σχηματίζεται με έλαση ενός μόνο στρώματος ατόμων άνθρακα, ενώ τα MWCNT τυπικά αποτελούνται από πολλαπλά ομοαξονικά στρώματα γραφίτη.

Στα κοινά προϊόντα, η εξωτερική διάμετρος των νανοσωλήνων άνθρακα με ένα-μονό τοίχωμα είναι συνήθως στην περιοχή υπο-νανομέτρων έως αρκετά-νανόμετρα, ενώ η εξωτερική διάμετρος των νανοσωλήνων άνθρακα με πολλά-τοιχώματα μπορεί συνήθως να φτάσει από πολλά νανόμετρα έως δεκάδες νανόμετρα ή και ακόμη μεγαλύτερη. η συγκεκριμένη σειρά εξαρτάται από τις προδιαγραφές του προϊόντος.

Αυτό που πραγματικά επηρεάζει τη διασπορά δεν είναι ο ίδιος ο «αριθμός των τοίχων», αλλά η συνδυασμένη επίδραση των ακόλουθων παραγόντων:

Μικρότερη διάμετρος σωλήνα

Τυπικά πολύ υψηλός λόγος διαστάσεων

Μεγαλύτερη επιφάνεια ανά μονάδα μάζας

Προφανείς αλληλεπιδράσεις-tube van der Waals

Επιρρεπής στο σχηματισμό παράλληλων-ευθυγραμμισμένων δομών δέσμης

Επιρρεπής σε δευτερογενή συσσωμάτωση σε ξηρή σκόνη

Επιρρεπή σε μηχανική/υπερηχητική ενέργεια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απο-αποδέσμευσης

Τα SWCNT επιδεικνύουν προφανή έλξη μεταξύ-σωλήνων στο διάλυμα και η μονοδιάστατη-δομή τους δίνει στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ-σωλήνων ισχυρά χαρακτηριστικά τοπικής προσρόφησης.

Έτσι, το πραγματικό ερώτημα δεν είναι: "Γιατί τα SWCNT δεν διαλύονται εύκολα;" αλλά μάλλον: "Πώς μπορείτε να-διαχωρίσετε ξανά-πακέτα SWCNT που έχουν ήδη σχηματιστεί και να διατηρήσετε σταθερούς τους διαχωρισμένους μεμονωμένους σωλήνες άνθρακα;"

Αυτό είναι το πιο βασικό μηχανολογικό πρόβλημα στη διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-.

II. Η πιο δύσκολη πτυχή της σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-Είναι στην πραγματικότητα "ομαδοποίηση"

Για τα SWCNT, το μεγαλύτερο εμπόδιο διασποράς δεν είναι συχνά μεμονωμένοι σωλήνες άνθρακα, αλλά ότι πολλοί σωλήνες άνθρακα έχουν ήδη σχηματίσει σταθερές δέσμες.

Φανταστείτε έναν-νανοσωλήνα άνθρακα μονού τοιχώματος με διάμετρο περίπου 1 nm και μήκος αρκετά μικρόμετρα.

Δεν είναι ένα συνηθισμένο «σωματίδιο».

Είναι περισσότερο σαν μια εξαιρετικά λεπτή, εξαιρετικά μακριά ίνα νανοκλίμακας.

Όταν υπάρχουν μεγάλοι αριθμοί SWCNTs ταυτόχρονα, υφίστανται τα ακόλουθα λόγω επιφανειακών αλληλεπιδράσεων: Μονός σωλήνας → Μικρή δέσμη → Μεγάλη δέσμη → Τρισδιάστατο συσσωμάτωμα

Αυτή η διαδικασία είναι ιδιαίτερα εμφανής στην ξηρή σκόνη.

Πρόσφατη έρευνα αποδίδει άμεσα τη φυσική δέσμη των SWCNTs σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις van der Waals και επισημαίνει ότι ο παραδοσιακός υπέρηχος και η παρατεταμένη διάτμηση απαιτούν συνήθως υψηλή ενέργεια για την επίτευξη απο-αποδέσμευσης.

Ως εκ τούτου, αυτό που οι μηχανικοί βλέπουν ως "σκόνη που δεν διασπείρεται" είναι συχνά στην πραγματικότητα:

Το υγρό έχει εισέλθει στην εξωτερική περιφέρεια του συσσωματώματος, αλλά δεν έχει ανοίξει πραγματικά τις εσωτερικές δέσμες SWCNT.

III. Γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα δημιουργούν τόσο ισχυρή έλξη μεταξύ τους;

Οι αλληλεπιδράσεις van der Waals μεταξύ νανοσωλήνων άνθρακα είναι μία από τις θεμελιώδεις αιτίες της συσσωμάτωσης CNT και η υψηλή ειδική επιφάνεια και το μεγάλο μήκος επαφής ενισχύουν περαιτέρω αυτό το πρόβλημα.

Η επιφάνεια του νανοσωλήνα άνθρακα αποτελείται κυρίως από άτομα άνθρακα, που ανήκουν στην τυπική δομή άνθρακα sp².

Όταν δύο νανοσωλήνες άνθρακα πλησιάζουν ο ένας τον άλλον, δημιουργούνται μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις van der Waals.

Εάν έρχονται σε επαφή μόνο δύο συνηθισμένα σφαιρικά σωματίδια, η περιοχή επαφής θα ήταν σχετικά περιορισμένη.

Αλλά τα CNT είναι λεπτές-μονοδιάστατες δομές.

Εάν δύο σωλήνες άνθρακα είναι διατεταγμένοι παράλληλα, μπορεί να σχηματίσουν: Γραμμική, συνεχή,-επαφή μεγάλης περιοχής.

Αυτός είναι επίσης ο λόγος που η υψηλή ειδική επιφάνεια των CNTs είναι ταυτόχρονα πλεονέκτημα και δυσκολία διασποράς.

Η υπάρχουσα έρευνα επισημαίνει ότι η μεγάλη ειδική επιφάνεια των CNTs είναι ευεργετική για τη δημιουργία αλληλεπιδράσεων διεπαφής με τη μήτρα, αλλά ταυτόχρονα ενισχύει την τάση έλξης και συσσωμάτωσης μεταξύ των νανοσωματιδίων.

Επομένως:

Οι τιμές εδώ είναι τυπικές σειρές μηχανικής που χρησιμοποιούνται για την κατανόηση των δομικών διαφορών και όχι ενοποιημένες προδιαγραφές για όλα τα προϊόντα.

IV. Γιατί ο υψηλός λόγος διαστάσεων των SWCNT αυξάνει τη δυσκολία διασποράς;

Ένας υψηλός λόγος διαστάσεων σημαίνει ότι τα μεμονωμένα SWCNT είναι πολύ μακριά και πολύ λεπτά, γεγονός που τα καθιστά επιρρεπή στη διαπλοκή μεταξύ τους και πιο επιρρεπή στο σχηματισμό συνεχών-δικτύων επαφών μεταξύ σωλήνων.

Ο λόγος διαστάσεων μπορεί απλά να κατανοηθεί ως: Μήκος ÷ Διάμετρος σωλήνα

Υποθέστε ένα SWCNT:

Διάμετρος σωλήνα: 1 nm

Μήκος: 1 μm

Τότε ο λόγος διαστάσεων είναι: 1000 : 1

Αν το μήκος φτάσει τα 5 μm: 5000 : 1

Αυτό είναι τελείως διαφορετικό από τα συνηθισμένα σωματίδια κλίμακας micron-.

Ο υψηλός λόγος διαστάσεων φέρνει δύο αποτελέσματα:

Πρώτον, επιρρεπείς στη διαπλοκή μεταξύ τους

Πολλαπλοί σωλήνες άνθρακα μπορεί να συμπλέκονται και να επικαλύπτονται στην κατάσταση ξηρής σκόνης.

Δεύτερον, είναι πιο επιρρεπείς στο σχηματισμό δικτύων-όπως συσσωματωμάτων

Ένας σωλήνας μπορεί ταυτόχρονα να έρθει σε επαφή με πολλούς σωλήνες, σχηματίζοντας σταδιακά μια δομή παρόμοια με έναν «ιστό αράχνης».

Επομένως, ακόμη κι αν το διασκορπιστικό μπορεί να διαβρέξει την επιφάνεια του CNT, δεν σημαίνει ότι ολόκληρη η δομή του συσσωματώματος μπορεί να γίνει αμέσως拆开.

V. Γιατί η σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-Μοιάζει πολύ λίγο, αλλά είναι στην πραγματικότητα πολύ δύσκολο να διασκορπιστεί;

Ένα τυπικό χαρακτηριστικό των SWCNTs είναι ότι οι χαμηλές ποσότητες προσθήκης μπορούν να σχηματίσουν προφανείς δομές δικτύου, πράγμα που σημαίνει επίσης ότι μια μικρή ποσότητα σκόνης μπορεί να προκαλέσει εμφανή αποτελέσματα συσσωμάτωσης και πάχυνσης.

Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές σε πολτούς CNT υψηλής συγκέντρωσης-.

Για παράδειγμα, εάν προστεθούν SWCNT σε ένα υγρό σύστημα: 0,1 wt% → 1 wt% → 3 wt%

Καθώς η συγκέντρωση αυξάνεται, η πιθανότητα σύγκρουσης μεταξύ των σωλήνων άνθρακα αυξάνεται σημαντικά.

Όταν ξεπεραστεί ένα συγκεκριμένο όριο

Γρήγορη αύξηση του ιξώδους

Μειωμένη ρευστότητα

Μαύρα συσσωματωμένα σωματίδια

Καθίζηση/επιπλέουσα

Δυσκολίες φιλτραρίσματος

Ελαττώματα επίστρωσης

Η έρευνα δείχνει ότι τα SWCNTs περιορίζονται σημαντικά από τη δέσμευση σε υψηλότερες συγκεντρώσεις. Η λειτουργικοποίηση μπορεί να βελτιώσει αυτό το πρόβλημα, αλλά η επίδρασή της σχετίζεται στενά με τον διαλύτη, τις ομάδες επιφανειών και τη συγκέντρωση.

Επομένως, δεν μπορεί απλά να υποτεθεί ότι: «Όσο μικρότερη είναι η ποσότητα προσθήκης, τόσο πιο εύκολη είναι η διασπορά».

Εάν οι ίδιοι οι σωλήνες άνθρακα έχουν ήδη σχηματίσει πολύ σταθερά συσσωματώματα ξηρής σκόνης, τότε ακόμη και αν η τελική ποσότητα προσθήκης είναι μόνο 0,1%, μπορεί να εμφανιστούν προφανή "ψάρια-μάτι" ή κοκκώδη συσσωματώματα.

VI. Γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα με πολλαπλά τοιχώματα μερικές φορές διασκορπίζονται πιο εύκολα;

Τα MWCNT δεν είναι από τη φύση τους "εύκολα στη διασπορά", αλλά η δομή και η μορφή προϊόντος ορισμένων νανοσωλήνων άνθρακα με πολλαπλά{0}τοιχώματα καθιστούν ευκολότερη την επίτευξη μακροσκοπικής ομοιόμορφης διασποράς μέσω μηχανικής διάτμησης σε συγκεκριμένα συστήματα.

Αυτό είναι ένα εύκολα παρεξηγημένο θέμα.

Δεν μπορεί να ειπωθεί απλά: Τα MWCNT είναι εύκολο να διασκορπιστούν, τα SWCNT είναι δύσκολο να διασκορπιστούν.

Μια πιο ακριβής δήλωση είναι: Σε πολλές κοινές βιομηχανικές συνθέσεις, ορισμένα προϊόντα MWCNT μπορούν πιο εύκολα να επιτύχουν "μακροσκοπική ομοιόμορφη διασπορά", ενώ τα SWCNT συχνά χρειάζονται ακόμη περαιτέρω επίλυση του προβλήματος "διάστασης δέσμης".

Για παράδειγμα:

Η έρευνα για τη διασπορά MWCNT δείχνει επίσης ότι η συσσωμάτωση και η συμπεριφορά καθίζησης MWCNT ελέγχεται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των δυνάμεων van der Waals, των ηλεκτροστατικών δυνάμεων, της στερεοχημικής παρεμπόδισης και των υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων.

Επομένως, οι νανοσωλήνες άνθρακα με πολλά τοιχώματα δεν είναι επίσης "εύκολα--να διασκορπίσουν υλικά". Απλώς το παράθυρο διασποράς μπορεί να διαφέρει για συγκεκριμένα προϊόντα.

VII. Πώς ακριβώς πρέπει να οριστεί η «διασπορά» της σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα;

Η πραγματική διασπορά δεν είναι «να δείχνει μαύρη μετά την προσθήκη υγρού», αλλά μάλλον οι νανοσωλήνες άνθρακα που επιτυγχάνουν μια αρκετά ομοιόμορφη, σταθερή κατάσταση στο σύστημα στόχο που πληροί τις τελικές απαιτήσεις απόδοσης.

Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό σημείο κατά την αγορά σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα.

Πολλά πειράματα δείχνουν αυτήν την κατάσταση: Αναδεύστε για 10 λεπτά → Ομοιόμορφο μαύρο → Θεωρήστε ότι η διασπορά είναι επιτυχής.

Αλλά μετά από παραμονή για 24 ώρες: Το ανώτερο στρώμα γίνεται διαυγές → Το ίζημα εμφανίζεται στο κάτω μέρος.

Αυτό υποδηλώνει ότι το σύστημα ολοκλήρωσε μόνο βραχυπρόθεσμη-μακροσκοπική ανάμειξη και δεν σχημάτισε σταθερή διασπορά.

Επομένως, η κρίση μπορεί να γίνει από τρία επίπεδα:

1. Μακροσκοπική Ομοιομορφία

Υπάρχουν εμφανή σωματίδια, κροκίδες και καθίζηση;

2. Μικροσκοπική Διασπορά

Είναι οι σωλήνες άνθρακα μεμονωμένοι, μικρές δέσμες ή-δέσμες μεγάλης κλίμακας-όπως συσσωματώματα;

3. Μακροπρόθεσμη-Σταθερότητα

Μετά από 24 ώρες, 7 ημέρες ή ακόμα περισσότερο, το σύστημα εξακολουθεί να είναι σταθερό;

Ένα πραγματικά πολύτιμο διάλυμα διασποράς νανοσωλήνων άνθρακα πρέπει να λαμβάνει υπόψη και τα τρία επίπεδα ταυτόχρονα.

VIII. Γιατί ο υπέρηχος μπορεί να διασκορπίσει τα SWCNT, αλλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί επ' αόριστον;

Ο υπέρηχος μπορεί να παρέχει αρκετή μηχανική ενέργεια για τη διάσπαση των συσσωματωμάτων CNT, αλλά ο υπερβολικός υπέρηχος μπορεί να συντομεύσει τους σωλήνες άνθρακα, να δημιουργήσει ελαττώματα ή να αλλάξει την τελική απόδοση.

Αυτό είναι επίσης το πιο κοινό πρόβλημα «βαθμού» στη διαδικασία διασποράς SWCNT.

Η επίδραση του υπερήχου μπορεί απλά να κατανοηθεί ως εξής: Υπερηχητική σπηλαίωση → Τοπική υψηλή διάτμηση → Ρήξη συσσωματώματος → Σωλήνες άνθρακα σταδιακά απο-δεμάτιο

Αλλά το πρόβλημα είναι: Εάν η ενέργεια είναι ανεπαρκής → Τα συσσωματώματα δεν θα ανοίξουν. Εάν η ενέργεια είναι πολύ υψηλή ή ο χρόνος είναι πολύ μεγάλος → Οι σωλήνες άνθρακα ενδέχεται να υποστούν μηχανική βλάβη.

Ο παραδοσιακός υπέρηχος ή η παρατεταμένη διάτμηση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απο-αποδέσμευση SWCNT, αλλά μπορεί να έχουν προβλήματα όπως υψηλή κατανάλωση ενέργειας, κόστος επεξεργασίας και ζημιά στον σωλήνα άνθρακα.

Επομένως, στην πραγματική παραγωγή, αυτό που είναι πιο σημαντικό είναι: Η εύρεση ισορροπίας μεταξύ της "απο-αποτελεσματικότητας δέσμης" και "διατήρησης του μήκους του σωλήνα άνθρακα".

IX. Γιατί μπορούν τα διασκορπιστικά να βοηθήσουν στη διασπορά των νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-;

Η βασική λειτουργία ενός διασκορπιστικού είναι να δημιουργεί νέες σταθεροποιητικές αλληλεπιδράσεις στην επιφάνεια του νανοσωλήνα άνθρακα, μειώνοντας την τάση των σωλήνων να-να επανασυσσωματώνονται.

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα υδατικά συστήματα, οι κοινές προσεγγίσεις περιλαμβάνουν:

Ανιονικά τασιενεργά

Μη-ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες

Πολυμερικά μέσα διασποράς

Αμφίφιλα μόρια

Ειδική επίστρωση πολυμερούς

Για παράδειγμα, τα επιφανειοδραστικά όπως το SDS μπορούν να προσροφηθούν στην επιφάνεια SWCNT, δημιουργώντας πιο εμφανή ηλεκτροστατική απώθηση μεταξύ των σωλήνων άνθρακα, βοηθώντας έτσι στη διατήρηση της κατάστασης διασποράς. Σχετική έρευνα έχει επίσης παρατηρήσει τις επιδράσεις της συγκέντρωσης επιφανειοδραστικού, της συγκέντρωσης αλατιού και του επιφανειακού φορτίου στις καταστάσεις συσσωμάτωσης SWCNT.

Αλλά τα διασκορπιστικά δεν είναι καλύτερα σε μεγαλύτερες ποσότητες.

Το υπερβολικό διασκορπιστικό μπορεί να προκαλέσει:

Αυξημένα υπολείμματα

Αυξημένος αφρός

Το ιξώδες αλλάζει

Επίδραση στην ηλεκτροχημική απόδοση

Επακόλουθα προβλήματα επίστρωσης/ξήρανσης

Επομένως, τα διασκορπιστικά πρέπει να σχεδιάζονται μαζί με τους νανοσωλήνες άνθρακα, τους διαλύτες και την τελική σύνθεση.

X. Γιατί οι διαφορετικοί διαλύτες έχουν τόσο διαφορετικά αποτελέσματα στη διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-;

Διότι το αν οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να διασκορπιστούν σταθερά εξαρτάται ουσιαστικά από την ισορροπία μεταξύ δύο τύπων αλληλεπιδράσεων: "σωλήνας άνθρακα-διαλύτης" και "σωλήνας άνθρακα-σωλήνας άνθρακα".

Εάν ο διαλύτης έχει καλή συμβατότητα με την επιφάνεια CNT: Οι αλληλεπιδράσεις του CNT-ενισχύονται, ενώ η τάση επανασυσσωμάτωσης CNT-CNT-μειώνεται, καθιστώντας τη διασπορά ευκολότερη τη σταθεροποίηση.

Αντίστροφα, εάν ο διαλύτης δεν ταιριάζει με το CNT, CNT-αλληλεπιδράσεις CNT > CNT-αλληλεπιδράσεις διαλύτη, καθιστώντας εύκολη την εκ νέου-συσσωμάτωση.

Η έρευνα έχει βρει ότι η σταθερότητα διασποράς SWCNT σε διαφορετικά συστήματα οργανικών διαλυτών μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Για παράδειγμα, τα μικτά συστήματα DMF/NMP έδειξαν υψηλότερη σταθερότητα από απλούς διαλύτες υπό συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες.

Επομένως, δεν μπορεί κανείς απλώς να αναρωτηθεί: "Μπορούν οι νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος να διασκορπιστούν σε τέτοιο{-και-τέτοιο διαλύτη;"

Μια πιο ακριβής ερώτηση θα πρέπει να είναι: "Σε ποια συγκέντρωση, σε ποιο διαλύτη, με ποιο μέσο διασποράς και υπό ποιες συνθήκες διάτμησης μπορούν τα SWCNT να διατηρήσουν σταθερή διασπορά;"

XI. Γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος- είναι ιδιαίτερα δύσκολο να διασκορπιστούν σε υδατικά συστήματα;

Οι παρθένες επιφάνειες SWCNT έχουν συνήθως ισχυρά υδροφοβικά χαρακτηριστικά, ενώ το νερό είναι ένα εξαιρετικά πολικό μέσο. Επομένως, τα παρθένα SWCNTs σε καθαρό νερό συνήθως δυσκολεύονται πολύ να σχηματίσουν φυσικά σταθερή μεμονωμένη διασπορά σωλήνων.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι υδαρείς πολτούς νανοσωλήνων άνθρακα συνήθως πρέπει να λάβουν υπόψη:

Διασκορπιστικά

Τροποποίηση επιφάνειας

pH

Ιονική ισχύς

Υψηλή διάτμηση

Υπέρηχος

Σταθεροποιητές πολυμερών

και άλλους παράγοντες.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η συγκέντρωση αλατιού επηρεάζει επίσης τη σταθερότητα της διασποράς.

Η έρευνα διαπίστωσε ότι μετά την προσθήκη αλατιού, τα επιφανειοδραστικά SWCNT-επικαλυμμένα εμφανίζουν θωράκιση φορτίου, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε συσσωμάτωση. και αυτό το φαινόμενο μπορεί επίσης να εμφανίζει εξάρτηση από τη διάμετρο ή ακόμη και τη χειρομορφία.

Επομένως, εάν ένας πελάτης χρειάζεται μια υδατική διασπορά νανοσωλήνων άνθρακα μονού-του τοιχώματος, δεν μπορεί απλώς να αγοράσει "σκόνη SWCNT" και να προσθέσει απευθείας νερό.

XII. Είναι πιο εύκολο να διασκορπιστούν οι νανοσωλήνες άνθρακα με μονό τοίχωμα-;

Μπορούν συνήθως να βελτιώσουν τη διασπορά σε συγκεκριμένα συστήματα, αλλά η λειτουργικότητα δεν σημαίνει ότι είναι καλύτερη σε όλες τις περιπτώσεις.

Η εισαγωγή πολικών ομάδων στην επιφάνεια του CNT μέσω οξείδωσης ή άλλων χημικών μεθόδων μπορεί να βελτιώσει την αλληλεπίδρασή του με ορισμένους πολικούς διαλύτες ή πολυμερή.

Τα πλεονεκτήματα τέτοιων μεθόδων είναι: Αλλαγή της επιφάνειας CNT → Βελτίωση συμβατότητας με το μέσο → Μείωση εκ νέου-συσσωμάτωσης

Αλλά υπάρχει επίσης ένα σημαντικό πρόβλημα: η λειτουργικότητα μπορεί να αλλάξει την αρχική δομή άνθρακα sp² των νανοσωλήνων άνθρακα.

Σχετική έρευνα επισημαίνει ότι αν και η χημική επιφανειακή επεξεργασία μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα της διασποράς CNT, η υπερβολική χημική επεξεργασία μπορεί να καταστρέψει μέρος της εγγενούς δομής και να επηρεάσει τις μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες.

Έτσι, για τα SWCNT που πρέπει να διατηρούν υψηλή αγωγιμότητα ή ειδικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες: "Ευκολότερη διασπορά" δεν ισοδυναμεί απαραίτητα με "καλύτερη συνολική απόδοση".

XIII. Πόσο ακριβώς πρέπει να συγκρίνεται η δυσκολία διασποράς της σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος και πολλαπλών τοιχωμάτων;

Από την προοπτική "απο-ομαδοποίησης", τα SWCNT απαιτούν συνήθως πιο εκλεπτυσμένες διαδικασίες διασποράς. από την άποψη της «μακροσκοπικής συσσωμάτωσης», τόσο τα SWCNT όσο και τα MWCNT έχουν εμφανή προβλήματα συσσωμάτωσης.

Οι βαθμολογίες με αστέρια εδώ είναι σχετικές μηχανικές ενδείξεις και όχι ενοποιημένα πρότυπα δοκιμών. Τα πραγματικά αποτελέσματα μπορεί να διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με το μήκος του προϊόντος, τη διάμετρο του σωλήνα, την καθαρότητα, την επεξεργασία επιφάνειας και το μέσο.

XIV. Γιατί μπορεί ο ίδιος-νανοσωλήνας άνθρακα με ένα μόνο τοίχωμα να έχει εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα διασποράς από διαφορετικούς κατασκευαστές;

Αυτό που καθορίζει την απόδοση διασποράς νανοσωλήνων άνθρακα δεν είναι μόνο το όνομα του προϊόντος "SWCNT". Η δομή της σκόνης και η διαδικασία παραγωγής είναι εξίσου σημαντικές.

Για παράδειγμα, δύο κατασκευαστές επισημαίνουν και οι δύο: Καθαρότητα SWCNT μεγαλύτερη ή ίση με 99%

Αλλά τα πραγματικά αποτελέσματα διασποράς μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικά.

Επειδή πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα:

Επομένως, το "SWCNT υψηλής-καθαρότητας" δεν ισοδυναμεί με το "καλύτερης-διασποράς SWCNT."

Για συγκεκριμένες εφαρμογές, αυτό που έχει μεγαλύτερη σημασία είναι: Υψηλή καθαρότητα + Κατάλληλο μήκος + Κατάλληλη κατάσταση επιφάνειας + Κατάλληλη μορφολογία σκόνης + διαδικασία διασποράς ταιριάσματος.

XV. Πώς να βελτιώσετε το φαινόμενο διασποράς της σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-;

Η πιο αποτελεσματική μέθοδος δεν είναι απλώς η αύξηση του χρόνου ανάδευσης, αλλά η ταυτόχρονη βελτιστοποίηση της κατάστασης της σκόνης, του μέσου διασποράς, του μέσου διασποράς και της εισροής μηχανικής ενέργειας.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη προσέγγιση:

Βήμα 1: Επιβεβαιώστε τις προδιαγραφές νανοσωλήνων άνθρακα

Πρώτα επιβεβαιώστε:

Διάμετρος σωλήνα

Μήκος

Καθαρότητα

Επιφανειακή κατάσταση

Είτε είναι λειτουργικό

Βήμα 2: Προσδιορισμός του μέσου διασποράς

Διευκρινίστε αν είναι:

Νερό

NMP

DMF

Αιθανόλη

Ισοπροπανόλη

Διάλυμα ρητίνης

Άλλοι οργανικοί διαλύτες

Βήμα 3: Επιλέξτε Disperant

Επιλέξτε τον κατάλληλο τύπο με βάση το σύστημα:

Τασιενεργά

Πολυμερικά μέσα διασποράς

Αμφίφιλα μόρια

Βήμα 4: Βελτιστοποίηση διάτμησης

Μπορεί να συνδυάσει: Προ-διαβροχή → Διάτμηση υψηλής-ταχύτητας → Υπέρηχος → Χαμηλής-ωρίμανσης ταχύτητας, αντί να ξεκινά με παρατεταμένο υπερηχογράφημα.

Βήμα 5: Αξιολογήστε τη σταθερότητα

Προσέξτε τουλάχιστον:

Αρχικό μέγεθος σωματιδίων/κατάσταση συσσωμάτωσης

Ιξώδες

Καθίζηση

Υπερκείμενο

Σταθερότητα αποθήκευσης

Μόνο τότε μπορείτε να κρίνετε εάν το πρόβλημα της διασποράς έχει λυθεί πραγματικά ή τα συσσωματώματα διαλύθηκαν μόνο προσωρινά.

XVI. Γιατί οι κατασκευαστές νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-θα πρέπει επίσης να επικεντρωθούν στην "απόδοση διασποράς";

Επειδή για πολλούς πελάτες, ο απώτερος σκοπός της αγοράς SWCNT δεν είναι να πάρουν μια σακούλα σκόνης, αλλά να αποκτήσουν ένα νανοϋλικό που μπορεί να εισέλθει στη σύνθεση και να αποδώσει σταθερά.

Ειδικά για τις παρακάτω εφαρμογές:

Αγώγιμα μέσα μπαταρίας λιθίου

Ευέλικτα ηλεκτρονικά

Διαφανείς αγώγιμες μεμβράνες

Αισθητήρες

Αγώγιμα σύνθετα υλικά

Πολυμερή υψηλής-απόδοσης

Υλικά θωράκισης EMI

Οπτοηλεκτρονικά υλικά

Αυτό που πραγματικά επηρεάζει τις αποφάσεις προμηθειών των πελατών συχνά δεν είναι: "Ποια είναι η καθαρότητα αυτού του SWCNT;"

Αλλά μάλλον: "Αφού το προσθέσω στο σύστημά μου, μπορεί να διασκορπιστεί σταθερά;"

Ως εκ τούτου, ένας κατασκευαστής σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα με δυνατότητα εφαρμογής, εκτός από τον έλεγχο των ίδιων των σωλήνων άνθρακα, πρέπει επίσης να κατανοήσει: Σκόνη → Διασπορά → Πολτός → Επικάλυψη/Σχηματισμός → Τελική απόδοση-ολόκληρη αυτή την αλυσίδα.

XVII. Ως κατασκευαστής σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα, πώς βοηθά η Shandong Tanfeng τους πελάτες να λύσουν προβλήματα διασποράς SWCNT;

Η Shandong Tanfeng εστιάζει περισσότερο στην αντιστοίχιση προδιαγραφών νανοσωλήνων άνθρακα με συστήματα εφαρμογών από πελάτες, αντί να παρέχει απλώς ένα ενοποιημένο μοντέλο σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα μονού-τοιχώματος.

Για πελάτες που χρειάζονται να αγοράσουν SWCNT, η αντιστοίχιση προϊόντων μπορεί να πραγματοποιηθεί γύρω από τις ακόλουθες παραμέτρους:

Διάμετρος σωλήνα:Οι διαφορετικές διάμετροι σωλήνων επηρεάζουν τη συγκεκριμένη επιφάνεια, την ηλεκτρονική δομή και τη συμπεριφορά διασποράς.

Μήκος:Το μήκος επηρεάζει άμεσα την αναλογία διαστάσεων, την τάση εμπλοκής και τη ρεολογία του πολτού.

Καθαρότητα:Οι προδιαγραφές του προϊόντος ελέγχονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις των πελατών για απόδοση ηλεκτρονικών, ηλεκτροχημικών ή σύνθετων υλικών.

Κατάσταση επιφάνειας:Για διαφορετικά μέσα, μπορούν να αξιολογηθούν τα ακόλουθα:

Παρθένο SWCNT

Λειτουργικό SWCNT

Συγκεκριμένη επιφάνεια-επεξεργασμένη SWCNT

Κατάσταση σκόνης:Εστιάστε στη συσσωμάτωση ξηρής σκόνης, στη σταθερότητα αποθήκευσης και στη συνακόλουθη δυσκολία αποσυσσωματώσεως-.

Αντιστοίχιση εφαρμογών:Ως κατασκευαστής σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα, η Shandong Tanfeng μπορεί να πραγματοποιήσει στοχευμένη αντιστοίχιση των προδιαγραφών νανοσωλήνων άνθρακα σύμφωνα με συστήματα υδατικών υλικών, οργανικών διαλυτών, ρητίνης και σύνθετων υλικών με βάση το έλαιο-του πελάτη.

Αυτό σημαίνει ότι οι πελάτες δεν χρειάζεται απλώς να επιλέξουν μεταξύ: "0,8 nm ή 1,2 nm;"

Αλλά μπορείτε να εξετάσετε συνολικά: Διάμετρος σωλήνα + Μήκος + Καθαρότητα + Κατάσταση επιφάνειας + Σύστημα διασποράς.

XVIII. Ποιες ερωτήσεις πρέπει να γίνουν στους κατασκευαστές κατά την αγορά σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα ενός τοιχώματος-;

Εάν το τελικό προϊόν σας έχει απαιτήσεις για σταθερότητα διασποράς, είναι καλύτερο να ρωτήσετε τόσο τις δομικές παραμέτρους του προϊόντος όσο και τα δεδομένα που σχετίζονται με την εφαρμογή- κατά την προσφορά.

Συνιστάται να ρωτήσετε τουλάχιστον:

Ποια είναι η μέση διάμετρος σωλήνα του SWCNT;

Ποιο είναι το εύρος μήκους;

Πώς ελέγχεται η καθαρότητα του άνθρακα;

Ποια είναι η περιεκτικότητα σε μεταλλικές ακαθαρσίες;

Παρέχονται δεδομένα Raman;

Παρέχονται δεδομένα TGA;

Είναι διαθέσιμος ο χαρακτηρισμός TEM/SEM;

Η σκόνη έχει υποστεί ειδική επεξεργασία ξήρανσης;

Υπάρχουν περιπτώσεις υδατικής διασποράς;

Υπάρχουν δεδομένα διασποράς στο NMP/DMF και σε άλλα συστήματα;

Ποιο είναι το συνιστώμενο διασκορπιστικό;

Ποιες είναι οι συνιστώμενες συνθήκες διάτμησης/υπερήχων;

Μπορούν να παρασχεθούν δείγματα για πραγματικές δοκιμές σκευασμάτων;

Ειδικά μην ρωτάτε μόνο: "Τι είναι η καθαρότητα SWCNT;"

Το πιο σημαντικό, ρωτήστε: "Πώς συνιστάται να διασπαρεί αυτό το SWCNT στο σύστημα στόχο μου;" Αυτή είναι η ερώτηση που μπορεί πραγματικά να μειώσει το κόστος δοκιμών-και-Ε&Α.

XIX. Συχνές ερωτήσεις σχετικά με τη διασπορά σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα με ένα μόνο τοίχωμα

1. Γιατί οι νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος- είναι επιρρεπείς σε συσσωμάτωση;

Επειδή τα SWCNT έχουν υψηλές αναλογίες διαστάσεων και ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ-σωλήνων van der Waals, γεγονός που τα καθιστά επιρρεπή στο σχηματισμό δομών που μοιάζουν με δέσμες-. Πρόσφατη έρευνα επιβεβαιώνει για άλλη μια φορά ότι η φυσική ομαδοποίηση των SWCNTs είναι μία από τις βασικές προκλήσεις στην επεξεργασία των λύσεών τους.

2. Οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα-τοίχωμα είναι αναγκαστικά πιο δύσκολο να διασκορπιστούν από τους νανοσωλήνες άνθρακα με πολλά-τοιχώματα;

Όχι απαραίτητα, αλλά τα SWCNT εμφανίζουν πιο προφανή ομαδοποίηση και δυσκολία απο{0}}ομαδοποίησης σε πολλά συστήματα. Τα συγκεκριμένα αποτελέσματα σχετίζονται επίσης με το μήκος, τη διάμετρο του σωλήνα, την επιφανειακή επεξεργασία, την καθαρότητα και το μέσο.

3. Μπορεί ο υπέρηχος να λύσει τη συσσωμάτωση SWCNT;

Μπορεί να βελτιώσει τη συσσωμάτωση, αλλά ο χρόνος και η ενέργεια των υπερήχων πρέπει να ελέγχονται. Η υπερβολική επεξεργασία μπορεί να επηρεάσει το μήκος και τη δομή του σωλήνα άνθρακα.

4. Μπορούν τα SWCNT να προστεθούν απευθείας στο νερό;

Τα παρθένα SWCNT τυπικά δεν μπορούν να σχηματίσουν μακροχρόνια σταθερή διασπορά μεμονωμένων σωλήνων στο νερό μόνο με απλή ανάδευση. Συνήθως απαιτούνται μέσα διασποράς, τροποποίηση επιφάνειας ή άλλες μέθοδοι σταθεροποίησης.

5. Είναι καλύτερα περισσότερα διασκορπιστικά;

Όχι. Τα διασκορπιστικά πρέπει να επιτυγχάνουν επαρκή επιφανειακή κάλυψη και αποτελέσματα σταθεροποίησης, αποφεύγοντας παράλληλα την υπερβολική ποσότητα διασκορπιστικού που επηρεάζει την αγωγιμότητα, την ηλεκτροχημική απόδοση ή την επακόλουθη επεξεργασία.

6. Γιατί τα SWCNT που μόλις διασκορπίστηκαν συσσωματώνονται ξανά μετά από μια μέρα;

Επειδή η αρχική μηχανική διασπορά δεν καταστρέφει απαραίτητα όλες τις σταθερές δομές δέσμης και οι αλληλεπιδράσεις ηλεκτροστατικής, van der Waals, υδρόφοβης και στερεοχημικής παρεμπόδισης στο σύστημα θα μεταβάλλουν συνεχώς την κατάσταση συσσωμάτωσης.

7. Είναι αναγκαστικά πιο εύκολο να διασκορπιστούν τα λειτουργικά SWCNT;

Συνήθως βοηθούν στη βελτίωση της διασποράς σε συγκεκριμένα πολικά συστήματα, αλλά μπορούν ταυτόχρονα να αλλάξουν την εγγενή δομή και την απόδοση των CNT, επομένως η κρίση πρέπει να συνδυαστεί με την τελική εφαρμογή.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος είναι δύσκολο να διασκορπιστούν-Αυτό που είναι πραγματικά δύσκολο είναι η "απο-συσσώρευση", όχι η "διαβροχή"

Η σκόνη νανοσωλήνων άνθρακα με ένα-τοίχωμα είναι πιο δύσκολο να διασπαρεί από πολλές-σκόνες νανοσωλήνων άνθρακα με πολλά τοιχώματα. Το θεμελιώδες πρόβλημα μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Ο υψηλός λόγος διαστάσεων, η μικρή διάμετρος σωλήνα και οι σημαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ-σωλήνων van der Waals καθιστούν τα SWCNT εξαιρετικά επιρρεπή στο σχηματισμό σταθερών δομών δέσμης-όπως συσσωματωμάτων.

Επομένως, η επίλυση του προβλήματος διασποράς SWCNT δεν μπορεί να βασίζεται μόνο στο: "Προσθέστε λίγο περισσότερο διαλύτη + ανακατέψτε λίγο ακόμα."

Μια πιο λογική προσέγγιση είναι: Επιλέξτε τις κατάλληλες προδιαγραφές SWCNT → Κατάσταση συσσωμάτωσης σκόνης ελέγχου → Επιλέξτε αντίστοιχο μέσο διασποράς → Βελτιστοποιήστε το μέσο διασποράς → Έλεγχος ενέργειας διάτμησης/υπερήχου → Επαλήθευση μακροπρόθεσμης- σταθερότητας.

Για την προμήθεια σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα, αυτό εξηγεί επίσης γιατί όλα τα προϊόντα που φέρουν την ετικέτα "νανοσωλήνες άνθρακα ενός τοιχώματος" ενδέχεται να εμφανίζουν εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα διασποράς μετά την εισαγωγή στην ίδια σύνθεση.

Ως κατασκευαστής σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα, η Shandong Tanfeng μπορεί να ταιριάξει προϊόντα γύρω από τη διάμετρο, το μήκος, την καθαρότητα, την κατάσταση επιφάνειας και το σύστημα εφαρμογής σωλήνων SWCNT και να παρέχει στοχευμένες προτάσεις επιλογής και διασποράς σύμφωνα με συγκεκριμένα υδατικά συστήματα, με βάση το έλαιο{0}}, οργανικούς διαλύτες ή πολυμερή συστήματα.

Εάν ο στόχος σας δεν είναι απλώς να αγοράσετε σκόνη SWCNT, αλλά να αποκτήσετε τελικά υλικά νανοσωλήνων άνθρακα με χαμηλή συσσωμάτωση, εύκολη διασπορά και σταθερότητα παρτίδας, τότε η ενσωμάτωση της "απόδοσης διασποράς" στις προδιαγραφές του προϊόντος στο στάδιο της προμήθειας είναι πιο αποτελεσματική από την επανειλημμένη προσαρμογή της σύνθεσης μετά τη λήψη της σκόνης.