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石墨烯是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略性新興材料,是目前已知的最硬、最薄的材料,具有極高的電子遷移率、熱導(dǎo)系數(shù)以及能承載極高的電流密度。在電子信息、能源、功能材料、生物醫(yī)藥、航空航天、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用前景。
石墨烯具有單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)是由以雜化連接緊密堆積的碳原子組成的。理論比表面積高達(dá)。
氧化石墨烯是石墨烯的一種重要衍生物,結(jié)構(gòu)中含有大量的褶皺孔穴和較大的比表面積,還含有很多含氧基團(tuán),如羥基、羧基和環(huán)氧基等,所以氧化石墨烯具有良好的親水性,這些含氧基團(tuán)也為氧化石墨烯的功能化提供了大量接觸點(diǎn)。
石墨是由石墨烯一層層疊起來。在晶體中同層碳原子間以雜化形成共價鍵,每個碳原子與另外三個碳原子相聯(lián),六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán),伸展形成片層結(jié)構(gòu)。
碳納米管是由石墨烯片同軸卷曲而成的新型納米碳材料,按照石墨烯片層數(shù)不同,可分成單壁碳納米管和多壁碳納米管。長度在幾微米到數(shù)毫米之間,長徑比一般在1 000 以上。直徑是幾納米,上萬根納米管才有一根頭發(fā)粗。
碳納米管作為一種結(jié)構(gòu)特殊的新型碳材料,具有優(yōu)異的機(jī)械性能和電化學(xué)性能。在鋰電池的應(yīng)用中,碳納米管作為導(dǎo)電劑時,其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅能夠有效地連接更多的活性物質(zhì),出色的電導(dǎo)率也可以大幅降低阻抗。此外,較大長徑比的碳納米管具有更大的比表面積,只需很少的添加量便足以在電極內(nèi)組建高效的三維高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并達(dá)到提升電池能量密度的目標(biāo)。
碳納米管團(tuán)聚的原因主要有兩種,分別是納米顆粒間的團(tuán)聚效應(yīng)和一維材料間的纏繞團(tuán)聚現(xiàn)象。前者指的是當(dāng)顆粒材料達(dá)到納米尺寸其團(tuán)聚效應(yīng)顯著增加,團(tuán)聚體內(nèi)顆粒的相互吸引力也明顯增大,從而導(dǎo)致碳管難以分散;后者指的是由于碳納米管較大的長徑比容易糾纏粘結(jié)在一起,形成很大的團(tuán)聚體。
根據(jù)碳納米管團(tuán)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(tuán)聚體強(qiáng)吸附力、穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)。
從團(tuán)聚機(jī)理出發(fā),目前主流的分散方法都需要同時滿足以下兩個條件:
微射流均質(zhì)機(jī)是一種通過電氣控制的液壓站內(nèi)的液壓油來給液壓缸加壓,以此來驅(qū)動柱塞進(jìn)行正位移的、往復(fù)運(yùn)動,通過單向閥的作用,柱塞給物料加壓,加壓后的物料通過一個特別設(shè)計(jì)的微孔工作噴腔,液體通過不同微米孔徑的噴腔會形成不同的均質(zhì)壓力,超高的液體流速形成的高剪切力和撞擊力,對通過的物料進(jìn)行連續(xù)的微?;饔玫臋C(jī)器。
物料流經(jīng)單向閥后,在高壓腔泵里加壓,通過微米級的噴嘴,以亞音速撞擊在乳化腔上,同時通過強(qiáng)烈的空穴,剪切效應(yīng),得到足夠小而均一的粒徑分布。
氧化石墨烯,固含量5%,為解決氧化石墨烯本身粘稠度問題,高剪切預(yù)處理后,采用諾澤流體科技有限公司的MINI型的微射流均質(zhì)機(jī)而進(jìn)行的均質(zhì)分散過程。
10000psi的均質(zhì)壓力,循環(huán)處理三遍后,氧化石墨烯流動性明顯改善,且能很好的分散石墨烯碳層。
為解決碳納米管團(tuán)聚纏繞的狀態(tài),采用諾澤流體科技有限公司的MINI型的微射流均質(zhì)機(jī)而進(jìn)行的均質(zhì)分散過程。10000psi的均質(zhì)壓力,循環(huán)處理三遍后,碳納米管宏觀表現(xiàn)仍有明顯的條帶狀,表明仍未完全解團(tuán)聚。采用30000psi的均質(zhì)壓力,循環(huán)處理六遍后,碳納米管宏觀表現(xiàn)流動性較好,且靜置后表面成光滑狀態(tài),表明團(tuán)聚已分散開來。碳納米管在微射流均質(zhì)機(jī)處理前后的物料性狀對比。
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