碳纳米管分散

                             PhD均质机应用于碳纳米管的分散

n       碳纳米管简介

碳纳米管(CNT)在1991年被日本电子公司(NEC)的饭岛博士发现,并自此即一直备受瞩目。纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料,由呈六边形排列的碳原子构成数层至数十层的同轴圆管,管的两端一般都封口,因此它有很大的强度。层与层之间保持固定的距离约0.34nm,直径一般为2-20纳米,巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。


碳纳米管的应用前景

由于碳纳米管的特性,使其复合材料表现出比任意一种单一材料更加优异的性能例如更好的各向同性导热性,各向同性导电性等特性。基于以上性质,碳纳米管在超级电器、塑料改性、静电屏蔽,太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应

用前景。此外,掺杂一些改性剂的碳纳米管复合材料也受到人们的广泛关注。 


           (碳纳米管塑料改性涂层)

 

           (细胞外排碳纳米管的机制示意图)


n     如何将碳纳米管分散至理想状态?

   1. 分散剂选择

 CNTs的表面活性剂有NaDDBSTriton X-100, SDS. 实验表明带有芳香基团的化合物,与 CNTs有更好的结合能力,吸附能力更强,能获得更好的分散效果。

    2. 分散剂量的选择

对于外径较大的多壁碳纳米管,推荐用量为碳纳米管的 10-15%,外径较小的碳纳米管用量为 60-70%,对于单壁管,推荐用量为 100-300%.此比例仅供参考,具体用量跟原料质量有较大关系

    3. 分散设备的选择

在试验阶段,一般用超声设备制备碳纳米管的分散液,当样品量上升之后,超声波的操作时间太长,不利于中试和生产的进行。研磨设备无法较好地对样品进行温度控制,生产条件无法掌控,易引起产品质量的批次差异。高压均质设备/高压分散设备是一种连续流的设备,可以在进料和出料设置冷却,能够很好地控温,实现生产条件的一致性,是碳纳米管分散中试和工业化生产的理想设备

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◆      碳纳米管的分散与PhD超高压均质机


 

 设备:高压均质机,型号:D-6L 产能:6-10L/H)

 配件:换热器,电子显微镜,烧杯控温器(温度设置在10℃以下)

 样品:碳纳米管浆料(固含量6%)+ NMP

配比75g 碳纳米管浆料,75g 无水乙醇,蕞终固含量为 2.5% 

实验目的:将团聚的碳纳米管分散开,并剪短碳纳米管的长度,以增加导电性

实验条件5000psi 预处理一遍,26000psi高压处理3.

实验过程

1.使PhD陶瓷均质阀,碳素材料专用分散阀,外接换热器,冷水机温度设置10℃

2.将样品混好之后,用高速剪切机初步搅拌,设备用溶剂清洗之后,可开始均质操作,调节分散压力至5000psi,略等几秒后,将均质后的样品接入烧杯,开始低压的一次循环.

3.高压26000psi高压分散3次,均质过程温度控制10℃内。


实验现象

 1. 初步搅拌的样品,碳纳米管属于絮状物悬浮在溶剂中

 2. 预处理之后,碳纳米管初步分散在溶剂中,样品粘度增大

 3. 高压处理一遍后,样品粘度降低,接近水溶液

 4. 高压处理两遍后,样品沿烧杯壁流下,无可见颗粒,流动性良好,无挂壁附着物,无沉淀

 5. 根据检测结果显示:碳纳米管由蕞初的缠绕状,变为单根分散在溶液中,分散性提升,溶液可稳定放置较长时间不分层

 

 

 

总结

PhD高压均质分散非常适合用于碳纳米管分散液的制备,对于浆料的粘度,均质机也有很好的适应性,分散效率高,过程可控性好,又便于与其他反应设备联用,是新材料制备的一个不错选择.