Hiilinanoputkien dispergointitekniikka ja sen karakterisointimenetelmä

1. Hiilinanoputkien mekaaninen avustaminen

Mekaaniset menetelmät hiilinanoputkien leviämisen avustamiseksi sisältävät pääasiassa mekaanisen sekoittamisen, jauhamisen, kuulajauhatuksen ja ultraäänidispersion. Mekaaninen sekoitus on yksinkertaisin menetelmä. Se käyttää pääasiassa dispersioliuottimen leikkausjännitystä aluksi hajottamaan hiilinanoputkien makroskooppista jauhetta. Jotkut tutkijat uskovat, että leviämisvaikutus yhdenulotteisissa hiilinanoputkissa on melkein vähäinen.

Jos hiilinanoputket on jauhettu pallojauheella, rypäleet voidaan tuhota dispersion edistämiseksi jossain määrin, mutta pallojauhatus leikkaa hiilinanoputket ja vähentää kuvasuhdetta, jolla on tietty vaikutus fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Kuulajauhatus on toimiva dispergointimenetelmä, kun hiilinanoputkien mekaanisille ominaisuuksille ei aseteta erityisiä vaatimuksia. Jotkut tutkijat ovat esimerkiksi käyttäneet kuulamyllystä hiilinanoputkien levittämiseen ja seostamiseen sitten alumiiniseoksilla. Komposiittien kovuus ja moduuli ovat lähes kaksi kertaa korkeammat kuin tavanomaisilla alumiiniseoksilla.

Verrattuna mekaaniseen sekoittamiseen ja kuulamyllyyn, ultraäänidispersio on tehokkaampi menetelmä hiilinanoputkien levittämiseksi in situ liuoksessa. Ultraääni-aallot voivat räjähtää hetkessä ratkaisussa syntyneitä mikrokuplia, jolloin syntyy suuria energian vaikutuksia hiilinanoputkiklusterien murtamiseksi, ja ratkaisun ultraääniaaltojen kavitaatio voi tuottaa paikallisia korkeita lämpötiloja ja tuhota hiilinanoputket näiden kahden välillä. Van der Waals -voima, näiden kahden yhdistelmä edistää hiilinanoputkien hyvää leviämistä liuokseen. Hiilinanoputkien dispergoitavuutta voidaan parantaa säätämällä ultraäänivärähtelyn aikaa ja tehoa.

2. Hiilinanoputkien pintakemiallinen modifikaatio

Hiilinanoputkien pintakemikaalinen modifiointi on yleensä pääasiassa putken seinämän vaurioiden tai vikojen kemiallista modifiointia. Dispergoivan liuottimen polaarisuus on erilainen, ja myös hiilinanoputkien pintamuokkausvaatimukset ovat erilaisia: kun liuotin on erittäin polaarinen, korkean konsentraation vahvaa happoa voidaan käyttää hiilen nanoputken pinnan hapettumiseen ja syövyttämiseen kovalenttisesti. tuodaan esiin vahva polaarinen ryhmä, kuten hydroksyyliryhmä tai karboksyyliryhmä. Hiilinanoputket ja liuotin ovat yhteensopivia polaarisuuden kanssa, mikä lisää hiilinanoputkien dispergoitumisastetta liuoksessa; kun liuotin on heikko (tai ei-polaarinen), hiilinanoputkien pinta on yleensä heikosti oksastettu (ei-polaariset polymeerimolekyyliketjut, joilla on hyvä yhteensopivuus liuottimien kanssa ja molekyyliketjun päällysteen aiheuttama steerinen estevaikutus estää hiilinanoputkia agglomeroituminen, ja nämä kaksi edistävät yhdessä hiilinanoputkia liuoksessa.

3. Hiilinanoputkien pinta-aktiivinen käsittely

Eroa mekaanisesti avustetusta dispersiosta ja pintakemiallisesta modifioinnista voi tuhota hiilinanoputkien rakenteen. Pinta-aktiivinen käsittely on tuhoamaton fysikaalinen menetelmä hiilinanoputkien modifioimiseksi pintaan niiden hyvän leviämisen edistämiseksi polaarisissa liuottimissa (tai matriisissa). Parantamalla tehokkaasti hiilinanoputkien jne. Johtavuutta ja adsorptiota, siitä on tullut hiilinanoputkien modifikaatiotutkimuksen painopiste.

Pinta-aktiivinen molekyyli koostuu yleensä liuottimessa liukenevasta ryhmästä ja solvofobisesta ryhmästä (jolloin solvofiilinen ryhmä on kosketuksissa liuottimen kanssa ja ulottuu liuottimeen, ja solvofobinen ryhmä adsorboituu hiilinanoputkeen ja päällystetään hiilen nanoputken pinnalla); se dispergoi stabiilisti hiilinanoputkia polaariseen liuottimeen sähköstaattisella heikentymisellä, steerisellä vaikutuksella ja vastaavilla. Pinta-aktiivisen aineen määrällä on yleensä optimaalinen arvo, ts. Kun konsentraatiota nostetaan, kunnes hiilinanoputken pinta on vain täysin päällystetty, dispersion hyötysuhde on suurin, ja pienempi tai korkeampi konsentraatio heikentää dispersion vaikutusta.

Hiilinanoputkien dispergointiin tällä hetkellä käytettäviä pinta-aktiivisia aineita ovat: kationinen setyylitrimetyyliammoniumbromidi (CTAB), anioninen natriumdodekyylibentseenisulfonaatti (SD-BS), dodekaaninatriumsulfaatti (SDS), natriumdodekyylisulfonaatti, ioniton OP-10, Triton-100, makromolekyyli AG), syklodekstriini, DNA. Eri pinta-aktiivisilla aineilla ja pinta-aktiivisten aineiden eri pitoisuuksilla on erilaiset vaikutukset hiilinanoputkien leviämiseen, ja monet tutkijat ovat suorittaneet vastaavia testejä.