در بسیاری از فرمولبندیهای مواد پیشرفته صنعتی و تخصصی، مهندسان اغلب با یک سوال مهم روبرو هستند: آیا نانولولههای کربنی میتوانند در محیطهای خدماتی شدید مقاومت کنند؟ به عنوان مثال،-روکشهای مقاوم در برابر دمای بالا در اطراف موتورهای هوافضا، پوششهای ضد خوردگی برای راکتورهای اسید قوی شیمیایی و قلیایی، یا مواد مقاوم در برابر شعله-برای کابلهای ولتاژ بالا-. نانولوله های کربنی در محیط های دمای بالا / اسید قوی / قلیایی قوی چقدر پایدار هستند؟ اگر این مرزهای فیزیکوشیمیایی به وضوح درک نشده باشند، افزودن نه تنها به عملکرد مورد انتظار دست نمی یابد، بلکه ممکن است منجر به حوادث مهندسی جدی شود. امروز، ما از دادههای آزمایشی واقعی برای نشان دادن عملکرد واقعی نانولولههای کربنی در شرایط شدید استفاده خواهیم کرد.
-پایداری نانولولههای کربنی در دمای بالا: اکسیداسیون تنها پاشنه آشیل است
در محیطهای گازی یا خلاء، نانولولههای کربنی میتوانند دمای نزدیک به 3000 درجه را تحمل کنند. با این حال، در هوای حاوی اکسیژن، تجزیه اکسیداتیو بالای 400 درجه شروع می شود.
نانولولههای کربنی از پیوندهای کربن{0} خالص sp² تشکیل شدهاند که به آنها پایداری حرارتی بسیار بالایی میدهد. با این حال، در کاربردهای عملی، اکثریت قریب به اتفاق محیط ها حاوی اکسیژن هستند. عامل کلیدی تعیین کننده مقاومت اکسیداسیون نانولوله های کربنی در هوا، "چگالی نقص" و "درجه گرافیتیزاسیون" دیواره های لوله است. ناخالصیهای کربن آمورف و اتمهای کربن در نقصهای ساختاری انرژی بالاتری دارند و مکانهای حمله ترجیحی برای اکسیژن در دماهای بالا هستند.
| نوع نانولوله کربنی | مدرک گرافیتی سازی | دمای اولیه اکسیداسیون در هوا (Ti) | میزان باقیمانده در 800 درجه در هوا | دمای تحمل در گاز بی اثر |
|---|---|---|---|---|
| لولههای چند{0}دیواره خام (خلوص پایین) | کم | ~350 درجه | >5٪ (محتوای خاکستر بالا) | 2000 درجه |
| لولههای چنددیواری-با خلوص بالا{{1} (99% +) | نسبتا بالا | ~450 درجه | <0.5% | 2500 درجه |
| نانولوله های کربنی تک دیواره- | بسیار بالا | ~500 درجه | <0.1% | >2800 درجه |
(توجه: داده های فوق بر اساس استاندارد آنالیز حرارتی ASTM E1131 با نرخ گرمایش 10 درجه در دقیقه در اتمسفر هوا می باشد.)
دادهها نشان میدهند که اگر برنامه شما شامل-محیطهای حاوی اکسیژن{{1} با دمای بالا (مانند-گریسهای سیلیکونی رسانای حرارتی با دمای بالا یا پلاستیکهای بازدارنده شعله) باشد، نانولولههای کربنی با خلوص بالا-که تحت عملیات حرارتی بالا قرار گرفتهاند{5} باید انتخاب شوند. در غیر این صورت، مواد در دمای بالاتر از 300 درجه شروع به "فرار" می کنند.
پایداری اسیدی قوی نانولولههای کربنی: اثر شمشیر دو لبه شفاف-
نانولوله های کربنی در اسیدهای ضعیف معمولی بسیار پایدار هستند. با این حال، در شرایط اسیدی قوی، مانند اسیدهای مخلوط با حرارت، درپوش لوله و عیوب دیواره به صورت اکسیداتیو بریده میشوند و باعث آسیب ساختاری غیرقابل برگشت میشوند.
در اصلاح مواد، ما اغلب از محلول مخلوط اسید سولفوریک غلیظ و اسید نیتریک غلیظ (3:1 حجمی) برای شستشوی نانولولههای کربنی اسیدی برای پیوند گروههای کربوکسیل استفاده میکنیم. اما این اساسا یک فرآیند مخرب است. طبق راهنمای مشخصه ISO/TS 11308، عملیات طولانی مدت اسید قوی نسبت ابعاد نانولوله های کربنی را به طور قابل توجهی کاهش می دهد، آنها را به لوله های کوتاه "برش می دهد" و در نتیجه عملکرد شبکه رسانا را کاهش می دهد.
| محیط غوطه وری | شرایط درمان | میانگین تغییر طول | تغییر گروه عملکردی سطحی | تغییر آستانه نفوذ رسانا |
|---|---|---|---|---|
| 10% اسید کلریدریک رقیق (دمای اتاق) | 24 ساعت | تقریبا بدون تغییر | تغییر قابل توجهی وجود ندارد | بدون تغییر |
| اسید سولفوریک غلیظ (دمای اتاق) | 48 ساعت | کمی کوتاه شده است | گروه های هیدروکسیل بسیار کمیاب | کمی افزایش یافته است |
| اسید مخلوط (H2SO4:HNO3) در 80 درجه | 2 ساعت | بیش از 70 درصد کوتاه شده است | مقدار زیادی گروه کربوکسیل/کربونیل | Significantly increased (>3 بار) |
بنابراین، اگر محصول شما در طول تولید باید تحت فرآیندهای اسیدی قوی قرار گیرد (مانند عملیات حمام اسیدی برای الیاف خاص خاص)، افزودن مستقیم نانولولههای کربنی امکانپذیر نیست. لایههای پوشش مقاوم در برابر اسید یا تنظیمات توالی فرآیند باید در نظر گرفته شوند.
پایداری قلیایی قوی نانولوله های کربنی: عملکرد شگفت آور عالی
نانولوله های کربنی مقاومت بسیار قوی در برابر محیط های قلیایی قوی از خود نشان می دهند. حتی پس از غوطهور شدن طولانیمدت در قلیایی غلیظ در دمای بالا (مانند 40٪ NaOH)، مورفولوژی ساختاری و هدایت الکتریکی آنها تقریباً تحلیل نمیرود.
برخلاف اسیدهای قوی، شبکه کربنی sp² نانولولههای کربنی به طور طبیعی از نظر شیمیایی نسبت به محلولهای قلیایی بیاثر است. در پوششهای ضد خوردگی شیمیایی و الکترولیتهای قلیایی قوی باتری (مانند باتریهای روی-هوا و برخی باتریهای آبی)، نانولولههای کربنی پرکنندههای رسانای ایدهآل هستند.
| شرایط آزمون | زمان غوطه وری | نسبت ID/IG طیفسنجی رامان (ویژگیهای نقص) | نرخ از دست دادن انبوه | تغییر رسانایی |
|---|---|---|---|---|
| 40% NaOH (دمای اتاق) | 720 ساعت | تغییر قابل توجهی وجود ندارد | <0.1% | بدون پوسیدگی |
| 40٪ NaOH (80 درجه) | 120 ساعت | تغییر قابل توجهی وجود ندارد | <0.2% | بدون پوسیدگی |
| 40% KOH (دمای اتاق) | 720 ساعت | تغییر قابل توجهی وجود ندارد | <0.1% | بدون پوسیدگی |
این بدان معناست که در زمینه پوششهای ضد خوردگی قلیایی قوی، میتوانید با اطمینان از نانولولههای کربنی برای بهبود رسانایی ضد-استاتیکی و حرارتی پوشش، بدون نگرانی در مورد خوردگی یا تخریب مواد استفاده کنید.
ماده جدید شاندونگ تانفنگ: منبع اطمینان سازنده برای نانولولههای کربنی با پایداری بالا-
ماده جدید شاندونگ تانفنگ، با بهبود درجه گرافیتی شدن و کاهش تراکم نقص دیوارههای لوله، به طور قابل توجهی مقاومت اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی نانولولههای کربنی را افزایش میدهد و آن را به تولیدکننده منبع ترجیحی برای شرایط عملیاتی شدید تبدیل میکند.
برای دستیابی به عملکرد نهایی نانولولههای کربنی در محیطهای{0}در دمای بالا یا خورنده، کیفیت خود ماده عامل تعیینکننده است. مواد جدید شاندونگ تانفنگ، به دلیل انباشت فرآیند عمیق، مزایای قابل توجهی را نشان می دهد:
فرآیند بازپخت در دمای بالا-بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون:Tanfeng New Material یک مرحله بازپخت اختصاصی-گرافیتیزاسیون با دمای بالا پس از رشد CVD، ترمیم عیوب شبکه در دیوارههای لوله و افزایش دمای اکسیداسیون اولیه نانولولههای کربنی در هوا به بالای 480 درجه ارائه میکند، که کاملاً الزامات مواد رسانا با درجه حرارت بالا{3{3}و{2}}درجه حرارت بالا{3 را برآورده میکند.
حذف نهایی ناخالصی، کاهش نقاط حساسیت اسیدی/قلیایی:شاندونگ تانفنگ با هدف قرار دادن بقایای کاتالیزور کربن و فلز آمورف که بیشتر مستعد حمله در محیطهای اسیدی/قلیایی قوی هستند، از فرآیندهای تصفیه چندگانه برای کنترل پایدار محتوای خاکستر در 0.5٪ استفاده میکند. بدون عدم وجود ناخالصی ها، مقاومت در برابر خوردگی خود نانولوله های کربنی به طور کامل آزاد می شود.
فرمولبندیهای مقاوم در برابر آب و هوای سفارشی:{0}برای شرایط عملیاتی شدید، شاندونگ تانفنگ نه تنها پودر پایداری بالا-بلکه مستربچ نانولولههای کربنی با عملیات غیرفعالسازی سطحی ویژه ارائه میکند، از واکنشهای موضعی در طول پردازش اسید/قلیایی قوی جلوگیری میکند، و تضمین مواد قابل اعتمادی را برای زمینههای با کیفیت بالا مانند هوافضا و ضد خوردگی{2} شیمیایی ارائه میکند.
پایداری نانولولههای کربنی در محیطهای شدید الگوی واضحی را نشان میدهد: "مقاومت عالی در دمای بالا-(بدون اکسیژن-) / مقاومت عالی در برابر قلیایی قوی، اما مستعد محیطهای حاوی اکسیژن با دمای بالا-و گرمایش مخلوط اسید قوی. هنگام انتخاب مواد، مطابقت آنها با دمای واقعی پردازش و محیط شیمیایی ضروری است. اگر به دنبال نانولولههای کربنی با کیفیت بالا هستید که پایداری ساختاری را در شرایط عملیاتی سخت حفظ میکنند، ماده جدید شاندونگ تانفنگ، بهدلیل مزیتهای تولید کریستالی بالا و نقصهای کم، بدون شک منبعی است که میتوانید به آن اعتماد کنید.