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            【原創(chuàng)】碳納米管的團聚與分散


            來源:中國粉體網(wǎng)   橙子

            [導(dǎo)讀]  目前,碳納米管的制備方法已日臻完善,但制備出的碳納米管之間存在比較強的范德華力、導(dǎo)致很容易纏繞在一起或者團聚成束,因此,如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問題。

            中國粉體網(wǎng)訊  隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,一種獨特的一維納米材料——碳納米管因具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)而受到了人們越來越多的關(guān)注。目前,碳納米管的制備方法已日臻完善,但制備出的碳納米管之間存在比較強的范德華力、導(dǎo)致很容易纏繞在一起或者團聚成束,在實際應(yīng)用過程中,團聚形態(tài)往往會破壞單根碳納米管所表現(xiàn)出的優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)特性,限制了深入研究碳納米管的性能與應(yīng)用。因此,如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問題。




            碳納米管團聚的原因


            1. 納米粉體的強團聚效應(yīng)  

            材料達到納米尺度以后會表現(xiàn)出很多納米尺寸效應(yīng),以零維的微觀顆粒來講,當(dāng)顆粒尺寸達到納米尺度以后,其團聚效應(yīng)顯著增加,團聚體內(nèi)顆粒的相互吸引力也顯著增大,分散難度變大,表現(xiàn)出納米尺度的強團聚效應(yīng)。


             


            2.纖維材料的糾纏粘結(jié)現(xiàn)象


            由圖可見,單根碳納米管為纖維狀一維納米材料,長徑比較大。因此碳納米管容易糾纏粘結(jié)在一起,形成很大的團聚體。


            納米粉體的強團聚效應(yīng)和纖維材料的糾纏粘結(jié)現(xiàn)象綜合在一起,使得碳納米管團聚體更加牢固,均勻分散更加困難。


            碳納米管的分散機


            根據(jù)碳納米管團聚的原因分析,要想得到均勻分散的碳納米管必須同時滿足3個條件:破壞長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)、克服團聚體強吸附力、穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)。


            1.破壞長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)

            碳納米管壁上有很多缺陷,通過物理或化學(xué)作用可以從缺陷處斷開碳納米管,把碳納米管剪短,從而去除長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)。


            2.克服團聚體的強吸附力

            通過機械攪拌和研磨等方法,可以克服團聚體的強吸附力,使碳納米管團聚體分散開。


            3.穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)

            選擇合適的介質(zhì)可以穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)。


            碳納米管的分散方法


            碳納米管分散方法有機械攪拌與研磨法、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。


            機械攪拌與研磨只能使碳納米管團聚體宏觀地與基體粉體混合,對碳納米管團聚體自身的分散無能為力;球磨可以碾斷碳納米管,分散碳納米管團聚體,但也會使碳納米管更加致密地粘結(jié)在一起,超聲波處理同樣有此特點;添加表面活性劑及酸堿洗滌的方法,可以使團聚體表面的絮狀碳納米管從團聚體上斷開、分散,對于緊密纏結(jié)在一起的碳納米管效果不顯著。因此,根據(jù)3個分散的必要條件,以上幾種分散方法都難以同時滿足,所以分散效果都不是十分理想。


            目前多種分散方法綜合協(xié)同使用是常采用的碳納米管分散工藝。如強酸氧化加超聲波處理、超聲波處理的同時添加表面活性劑、球磨的同時添加表面活性劑等。多種方法綜合使用一方面提高了分散效率,另一方面一定程度上提高了分散的程度。但由于實驗方法和技術(shù)的限制,目前為止,還未能實現(xiàn)碳納米管的均勻穩(wěn)定分散,阻礙了碳納米管復(fù)合材料的應(yīng)用,因此開展碳納米管分散性研究具有重要意義。


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