چرا پراکندگی پودر نانولوله کربنی تک دیواره-دشوارتر از پودر چند جداره-است؟

در استفاده واقعی از پودر نانولوله کربنی، بسیاری از مهندسان مواد با یک مشکل معمولی مواجه می‌شوند: چرا دستیابی به پراکندگی یکنواخت پودر نانولوله کربنی{{0}تک جداره (پودر SWCNT) در مقایسه با پودر نانولوله‌های کربنی چند جداره (MWCNT Powder)، حتی زمانی که به همان سیستم حلال یا رزین، رزین اضافه می‌شود، دشوارتر است؟

در ظاهر، به نظر می‌رسد دلیل آن این است که «نانولوله‌های کربنی{0} تک جداره ریزتر هستند و بیشتر مستعد تجمع هستند»، اما دلیل واقعی به این سادگی نیست.

دلیل دشوارتر پراکندگی نانولوله‌های کربنی{0}}تک جداره، نسبت تصویر بالا، قطر لوله کوچک و برهمکنش‌های تماس بین{1} بزرگ آنها است که SWCNT‌ها را بسیار مستعد تشکیل دانه‌های بسته‌ای-در حالت پودر خشک می‌کند. هنگامی که بسته های پایدار تشکیل می شوند، هم زدن معمولی جداسازی مجدد لوله های کربن جداگانه را بسیار دشوار می کند.

تحقیقات اخیر بار دیگر نشان می‌دهد که SWCNT‌ها به طور طبیعی پدیده‌های بسته‌بندی آشکاری را نشان می‌دهند که یکی از دلایل اساسی آن برهمکنش‌های قوی واندروالس بین نانولوله‌های کربنی است. اگرچه اولتراسوند سنتی و برش طولانی‌مدت می‌توانند پراکندگی را بهبود بخشند، اما ممکن است باعث آسیب لوله کربن، مصرف انرژی و مشکلات راندمان پردازش شوند.

بنابراین، اگر پودر نانولوله کربنی تک دیواره{0}} را خریداری می‌کنید، نمی‌توانید تنها به خلوص و قطر لوله نگاه کنید. همچنین باید به طول، حالت تجمع، روش تصفیه سطح و اینکه آیا با سیستم پراکندگی شما مطابقت دارد توجه کنید.

I. چرا پراکندگی نانولوله‌های کربنی تک دیواره-سخت‌تر از نانولوله‌های کربنی چند دیواره-است؟

دلیل اساسی این نیست که "تک دیواره لزوماً پراکنده تر از چند دیواره است"، بلکه SWCNT ها بیشتر مستعد تشکیل ساختارهای{2}}مثل دسته ای قوی هستند و پراکندگی مجدد بسته ها مستلزم غلبه بر تعاملات بین{4}لوله ای قابل توجه است.

اگرچه نانولوله‌های کربنی تک‌جداره-و نانولوله‌های کربنی چند جداره-هر دو متعلق به نانومواد کربنی-یک بعدی هستند، ساختار آنها به‌طور قابل‌توجهی متفاوت است.

SWCNT ها فقط یک دیواره لوله دارند که از غلتیدن یک لایه اتم کربن تشکیل شده است، در حالی که MWCNT ها معمولاً از چندین لایه گرافیت کواکسیال تشکیل شده اند.

در محصولات رایج، قطر خارجی نانولوله‌های کربنی تک دیواره معمولاً در محدوده زیر- نانومتر تا چند- نانومتر است، در حالی که قطر خارجی نانولوله‌های کربنی چند دیواره معمولاً می‌تواند از چند نانومتر تا ده‌ها نانومتر یا حتی بیشتر برسد. محدوده خاص به مشخصات محصول بستگی دارد.

آنچه واقعاً بر پراکندگی تأثیر می گذارد، خود «تعداد دیوارها» نیست، بلکه اثر ترکیبی عوامل زیر است:

قطر لوله کوچکتر

به طور معمول نسبت تصویر بسیار بالا است

سطح بزرگتر در واحد جرم

تعاملات آشکار بین-لوله وان دروالس

مستعد تشکیل ساختارهای موازی-همتراز باندل

مستعد تجمع ثانویه در پودر خشک

در طول فرآیند جداسازی{0}}در برابر انرژی مکانیکی/التراسونیک حساس است

SWCNTها جاذبه بین{0}}لوله ای آشکاری را در محلول از خود نشان می دهند و ساختار{1} یک بعدی آنها به تعاملات بین{2}}لوله ای ویژگی های جذب محلی قوی می دهد.

بنابراین، سوال واقعی این نیست: "چرا SWCNT ها به راحتی حل نمی شوند؟" بلکه: "چگونه می‌توانید بسته‌های SWCNT از قبل تشکیل‌شده را-تفکیک کنید و لوله‌های کربن منفرد جدا شده را پایدار نگه دارید؟"

این اصلی ترین مشکل مهندسی در پراکندگی نانولوله کربنی تک دیواره-است.

II. سخت ترین جنبه پودر نانولوله کربنی تک دیواره-در واقع "بسته بندی" است

برای SWCNT ها، بزرگترین مانع پراکندگی اغلب لوله های کربنی مجزا نیستند، بلکه لوله های کربنی متعدد قبلا بسته های پایداری را تشکیل داده اند.

یک نانولوله کربنی تک جداره- با قطر حدود 1 نانومتر و طول چند میکرومتر را تصور کنید.

این یک «ذره» معمولی نیست.

این بیشتر شبیه یک فیبر بسیار ظریف و بسیار بلند در مقیاس نانو است.

هنگامی که تعداد زیادی SWCNT به طور همزمان وجود داشته باشد، به دلیل برهمکنش های سطحی تحت تأثیر زیر قرار می گیرند: یک لوله → بسته کوچک → بسته بزرگ → آگلومرا سه بعدی-

این فرآیند به ویژه در پودر خشک مشهود است.

تحقیقات اخیر مستقیماً ترکیب طبیعی SWCNTها را به برهمکنش‌های قوی واندروالسی نسبت می‌دهد و اشاره می‌کند که اولتراسوند سنتی و برش طولانی‌مدت معمولاً برای دستیابی به بسته‌بندی نیاز به انرژی بالایی دارد.

بنابراین، آنچه مهندسان به عنوان "پودری که پراکنده نمی شود" اغلب در واقع این است:

مایع وارد محیط بیرونی آگلومرا شده است، اما بسته‌های SWCNT داخلی را واقعا باز نکرده است.

III. چرا نانولوله های کربنی چنین جاذبه ای قوی بین یکدیگر ایجاد می کنند؟

برهمکنش‌های واندروالس بین نانولوله‌های کربنی یکی از دلایل اساسی تجمع CNT است و سطح ویژه بالا و طول تماس زیاد این مشکل را تشدید می‌کند.

سطح نانولوله کربنی عمدتاً از اتم‌های کربن تشکیل شده است که به ساختار کربن معمولی sp² تعلق دارند.

هنگامی که دو نانولوله کربنی به یکدیگر نزدیک می شوند، برهمکنش های واندروالسی بین آنها ایجاد می شود.

اگر فقط دو ذره کروی معمولی در تماس بودند، سطح تماس نسبتاً محدود می شد.

اما CNTها ساختارهای یک بعدی- باریک هستند.

اگر دو لوله کربنی به صورت موازی چیده شوند، ممکن است به شکل زیر باشند: تماس خطی، پیوسته،-مساحت بزرگ.

همچنین به همین دلیل است که سطح ویژه بالای CNT ها هم مزیت و هم مشکل پراکندگی است.

تحقیقات موجود نشان می‌دهد که سطح ویژه بزرگ نانولوله‌های کربنی برای ایجاد برهمکنش‌های سطحی با ماتریس مفید است، اما در عین حال، جاذبه و گرایش تجمع بین نانوذرات را نیز افزایش می‌دهد.

بنابراین:

مقادیر در اینجا محدوده‌های مهندسی معمولی هستند که برای درک تفاوت‌های ساختاری استفاده می‌شوند، نه مشخصات یکپارچه برای همه محصولات.

IV. چرا نسبت تصویر بالای SWCNT ها باعث افزایش سختی پراکندگی می شود؟

نسبت تصویر بالا به این معنی است که SWCNT های جداگانه بسیار طولانی و بسیار نازک هستند، و آنها را مستعد در هم تنیدگی با یکدیگر می کند و بیشتر مستعد تشکیل شبکه های تماس بین لوله ای پیوسته-می باشد.

نسبت ابعاد را می توان به سادگی به صورت: طول ÷ قطر لوله درک کرد

SWCNT را فرض کنید:

قطر لوله: 1 نانومتر

طول: 1 میکرومتر

سپس نسبت تصویر برابر است با: 1000 : 1

اگر طول به 5 میکرومتر برسد: 5000: 1

این ذرات با مقیاس میکرونی معمولی- کاملا متفاوت است.

نسبت تصویر بالا دو نتیجه به همراه دارد:

اول، مستعد درهم تنیدگی با یکدیگر

لوله های کربنی متعدد ممکن است در حالت پودر خشک به هم بریزند و همپوشانی داشته باشند.

دوم، بیشتر مستعد تشکیل شبکه‌های{0}}مثل توده‌ها هستند

یک لوله می تواند به طور همزمان با چندین لوله تماس پیدا کند و به تدریج ساختاری شبیه به "تار عنکبوت" را تشکیل دهد.

بنابراین، حتی اگر پراکنده کننده بتواند سطح CNT را خیس کند، به این معنی نیست که کل ساختار آگلومرا می تواند بلافاصله 拆开 باشد.

V. چرا پودر نانولوله کربنی منفرد-«خیلی کم به نظر می رسد»، اما در واقع پراکندگی آن بسیار دشوار است؟

یک ویژگی معمول SWCNT ها این است که مقادیر کم اضافه می تواند ساختارهای شبکه آشکاری را ایجاد کند، که همچنین به این معنی است که مقدار کمی پودر می تواند اثرات تراکم و ضخیم شدن آشکاری ایجاد کند.

این امر به‌ویژه در دوغاب‌های{0}}CNT با غلظت بالا مشهود است.

به عنوان مثال، اگر SWCNT ها به یک سیستم مایع اضافه شوند: 0.1 درصد وزنی → 1 درصد وزنی → 3 درصد وزنی

با افزایش غلظت، احتمال برخورد بین لوله های کربنی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

هنگامی که یک سیستم{0}}از حد پراکندگی خاص فراتر رفت، موارد زیر مستعد رخ دادن هستند:

افزایش سریع ویسکوزیته

کاهش جریان پذیری

ذرات آگلومره سیاه

رسوب گذاری / شناور

مشکلات فیلتراسیون

عیوب پوشش

تحقیقات نشان می دهد که SWCNT ها به طور قابل توجهی با بسته بندی در غلظت های بالاتر محدود می شوند. عامل‌سازی می‌تواند این مشکل را بهبود بخشد، اما اثر آن ارتباط نزدیکی با حلال، گروه‌های سطحی و غلظت دارد.

بنابراین، نمی توان به سادگی چنین فرض کرد که: "هر چه مقدار اضافه کمتر باشد، پراکندگی آسان تر است."

اگر خود لوله‌های کربن قبلاً آگلومره‌های پودر خشک بسیار پایداری تشکیل داده‌اند، حتی اگر مقدار نهایی اضافه فقط 0.1٪ باشد، ممکن است آگلومره‌های "چشم ماهی" یا دانه‌ای آشکار ظاهر شوند.

VI. چرا نانولوله‌های کربنی چند دیواره{1}}گاهی اوقات راحت‌تر پراکنده می‌شوند؟

MWCNT ها به طور طبیعی "آسانی برای پراکندگی" نیستند، اما ساختار و شکل محصول نانولوله های کربنی چند{0}}چند جداره خاصی، دستیابی به پراکندگی یکنواخت ماکروسکوپیک از طریق برش مکانیکی در سیستم های خاص را آسان تر می کند.

این موضوعی است که به راحتی قابل درک نیست.

نمی توان به سادگی گفت: MWCNT ها به راحتی پراکنده می شوند، SWCNT ها به سختی پراکنده می شوند.

بیان دقیق‌تر این است: در بسیاری از فرمول‌های رایج صنعتی، برخی از محصولات MWCNT می‌توانند راحت‌تر به «پراکندگی یکنواخت ماکروسکوپیک» دست یابند، در حالی که SWCNT‌ها اغلب هنوز نیاز به حل بیشتر مشکل «تفکیک دسته‌ای» دارند.

به عنوان مثال:

تحقیقات بر روی پراکندگی MWCNT همچنین نشان می‌دهد که تجمع و رفتار رسوبی MWCNT توسط عوامل متعددی از جمله نیروهای واندروالس، نیروهای الکترواستاتیک، مانع فضایی و برهم‌کنش‌های آبگریز کنترل می‌شود.

بنابراین، نانولوله‌های کربنی چند دیواره نیز «پراکنده کردن{{1}- مواد» آسان نیست. فقط پنجره پراکندگی ممکن است برای محصولات خاص متفاوت باشد.

VII. دقیقاً چگونه باید "پراکندگی" پودر نانولوله کربنی را تعریف کرد؟

پراکندگی واقعی «سیاه به نظر رسیدن پس از افزودن مایع» نیست، بلکه نانولوله‌های کربنی به یک حالت به اندازه کافی یکنواخت و پایدار در سیستم هدف دست می‌یابند که الزامات عملکرد نهایی را برآورده می‌کند.

این یک نکته بسیار مهم در هنگام خرید پودر نانولوله کربنی است.

بسیاری از آزمایش‌ها این وضعیت را نشان می‌دهند: به مدت 10 دقیقه ← سیاهی یکنواخت ← پراکندگی موفقیت آمیز را در نظر بگیرید.

اما پس از 24 ساعت ایستادن: لایه بالایی شفاف می شود ← رسوب در پایین ظاهر می شود.

این نشان می‌دهد که سیستم فقط اختلاط ماکروسکوپی کوتاه‌مدت- را تکمیل کرده و پراکندگی پایداری ایجاد نکرده است.

بنابراین می توان از سه سطح قضاوت کرد:

1. یکنواختی ماکروسکوپی

آیا ذرات، لخته‌ها و رسوب‌گذاری آشکار وجود دارد؟

2. پراکندگی میکروسکوپی

آیا لوله‌های کربنی منفرد، بسته‌های کوچک، یا-بسته‌ای در مقیاس بزرگ-مانند آگلومرا هستند؟

3. پایداری بلندمدت-

پس از 24 ساعت، 7 روز یا حتی بیشتر، آیا سیستم هنوز پایدار است؟

یک محلول پراکندگی نانولوله کربنی واقعاً ارزشمند باید هر سه سطح را به طور همزمان در نظر بگیرد.

هشتم. چرا اولتراسوند می تواند SWCNT ها را پراکنده کند، اما نمی توان به طور نامحدود استفاده کرد؟

اولتراسوند می تواند انرژی مکانیکی کافی برای شکستن آگلومراهای CNT فراهم کند، اما سونوگرافی بیش از حد ممکن است لوله های کربن را کوتاه کند، نقص ایجاد کند یا عملکرد نهایی را تغییر دهد.

این نیز رایج ترین مشکل "درجه" در فرآیند پراکندگی SWCNT است.

اثر اولتراسوند را می توان به سادگی به این صورت درک کرد: کاویتاسیون اولتراسونیک → برش زیاد موضعی → گسیختگی آگلومرا → لوله های کربنی به تدریج بسته می شوند-

اما مشکل اینجاست: اگر انرژی کافی نباشد → آگلومراها باز نمی شوند. اگر انرژی خیلی زیاد باشد یا زمان خیلی طولانی باشد → لوله های کربن ممکن است آسیب مکانیکی ببینند.

سونوگرافی سنتی یا برش طولانی‌مدت می‌تواند برای بسته‌بندی SWCNT استفاده شود، اما ممکن است مشکلاتی مانند مصرف انرژی بالا، هزینه‌های پردازش، و آسیب لوله کربنی داشته باشد.

بنابراین، در تولید واقعی، آنچه مهم‌تر است این است: یافتن تعادل بین "بازدهی کاهش- بسته‌بندی" و "حفظ طول لوله کربن".

IX چرا پخش کننده ها می توانند به پراکندگی نانولوله های کربنی تک دیواره- کمک کنند؟

عملکرد اصلی یک پراکنده ایجاد برهمکنش های تثبیت کننده جدید بر روی سطح نانولوله کربنی است که تمایل لوله ها به تجمع مجدد{0}}را کاهش می دهد.

با در نظر گرفتن سیستم های آبی به عنوان مثال، رویکردهای رایج عبارتند از:

سورفکتانت های آنیونی

سورفکتانت های غیریونی-

پخش کننده های پلیمری

مولکول های آمفیفیلیک

پوشش پلیمری خاص

برای مثال، سورفکتانت‌هایی مانند SDS می‌توانند بر روی سطح SWCNT جذب شوند و دافعه الکترواستاتیکی واضح‌تری بین لوله‌های کربن ایجاد کنند و در نتیجه به حفظ حالت پراکندگی کمک کنند. تحقیقات مرتبط همچنین اثرات غلظت سورفکتانت، غلظت نمک و بار سطحی را بر روی حالت‌های تجمع SWCNT مشاهده کرده‌اند.

اما پخش کننده ها در مقادیر بیشتر بهتر نیستند.

پراکنده کننده بیش از حد ممکن است باعث شود:

افزایش باقی مانده

افزایش کف

ویسکوزیته تغییر می کند

تاثیر بر عملکرد الکتروشیمیایی

مشکلات بعدی پوشش/خشک شدن

بنابراین، پخش کننده ها باید همراه با نانولوله های کربنی، حلال ها و فرمول نهایی طراحی شوند.

X. چرا حلال‌های مختلف چنین تأثیرات متفاوتی بر پراکندگی نانولوله‌های کربنی منفرد{1}}دیواره دارند؟

زیرا اینکه نانولوله های کربنی می توانند به طور پایدار پراکنده شوند اساساً به تعادل بین دو نوع برهمکنش بستگی دارد: "لوله کربنی-حلال" و "لوله کربنی-لوله کربنی".

اگر حلال سازگاری خوبی با سطح CNT داشته باشد: برهمکنش‌های CNT-حلال تقویت می‌شوند، در حالی که تمایل به تجمع مجدد CNT-CNT کاهش می‌یابد و تثبیت پراکندگی را آسان‌تر می‌کند.

برعکس، اگر حلال با CNT مطابقت نداشته باشد، CNT-برهمکنش‌های CNT > CNT-برهم‌کنش‌های حلال، تجمع مجدد-را آسان می‌کند.

تحقیقات نشان داده است که پایداری پراکندگی SWCNT در سیستم های مختلف حلال آلی می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. برای مثال، سیستم‌های مخلوط DMF/NMP پایداری بالاتری نسبت به حلال‌های منفرد در شرایط تجربی خاص نشان دادند.

بنابراین، نمی‌توان به سادگی پرسید: "آیا نانولوله‌های کربنی تک جداره می‌توانند در چنین حلالی{-و-تک دیواره پراکنده شوند؟"

یک سوال دقیق تر باید این باشد: "SWCNT ها در چه غلظتی، در چه حلالی، با چه دیسپرس کننده و تحت چه شرایط برشی می توانند پراکندگی پایدار را حفظ کنند؟"

XI. چرا پراکندگی نانولوله‌های کربنی تک دیواره-در سیستم‌های آبی به‌ویژه دشوار است؟

سطوح بکر SWCNT معمولاً دارای ویژگی های آبگریز قوی هستند، در حالی که آب یک محیط بسیار قطبی است. بنابراین، SWCNT های بکر در آب خالص معمولاً به سختی می توانند به طور طبیعی پراکندگی لوله های فردی پایدار را تشکیل دهند.

به همین دلیل است که دوغاب‌های نانولوله کربنی آبی معمولاً باید در نظر بگیرند:

پراکنده کننده ها

اصلاح سطح

pH

قدرت یونی

برش بالا

سونوگرافی

تثبیت کننده های پلیمری

و عوامل دیگر

شایان ذکر است که غلظت نمک نیز بر پایداری پراکندگی تأثیر می گذارد.

تحقیقات نشان داده است که پس از افزودن نمک، SWCNT های پوشش داده شده با سورفکتانت{0}}حفاظی از بار را نشان می دهند که ممکن است منجر به تجمع شود. و این اثر همچنین ممکن است وابستگی به قطر یا حتی کایرالیته را نشان دهد.

بنابراین، اگر مشتری به پراکندگی نانولوله کربنی تک جداره آبی نیاز داشته باشد، نمی‌تواند فقط «پودر SWCNT» را خریداری کند و مستقیماً آب اضافه کند.

XII. آیا پراکندگی نانولوله‌های کربنی تک دیواره{1}}کارکرده‌شده آسان‌تر است؟

آنها معمولاً می توانند پراکندگی را در سیستم های خاص بهبود بخشند، اما عملکرد به این معنی نیست که در همه موارد بهتر است.

معرفی گروه های قطبی بر روی سطح CNT از طریق اکسیداسیون یا سایر روش های شیمیایی می تواند برهمکنش آن را با حلال ها یا پلیمرهای قطبی خاص بهبود بخشد.

مزایای چنین روش هایی عبارتند از: تغییر سطح CNT ← بهبود سازگاری با محیط ← کاهش تجمع مجدد-

اما یک مشکل مهم نیز وجود دارد: عملکردی شدن ممکن است ساختار کربن اولیه sp² نانولوله‌های کربنی را تغییر دهد.

تحقیقات مرتبط نشان می‌دهد که اگرچه عملیات سطحی شیمیایی می‌تواند پایداری پراکندگی CNT را بهبود بخشد، عملیات شیمیایی بیش از حد ممکن است بخشی از ساختار ذاتی را از بین ببرد و بر خواص مکانیکی و الکتریکی تأثیر بگذارد.

بنابراین برای SWCNT هایی که نیاز به حفظ رسانایی بالا یا خواص اپتوالکترونیکی خاص دارند: «پراکندگی آسان تر» لزوماً برابر با «عملکرد جامع بهتر» نیست.

سیزدهم. دقیقاً چگونه باید دشواری پراکندگی پودر نانولوله کربنی تک دیواره-و چند جداره{2}}را مقایسه کرد؟

از دیدگاه "de-بسته بندی"، SWCNT ها معمولاً به فرآیندهای پراکندگی تصفیه شده بیشتری نیاز دارند. از منظر "آگلومراسیون ماکروسکوپی"، هر دو SWCNT و MWCNT مشکلات تجمع آشکار دارند.

رتبه‌بندی‌های ستاره در اینجا نشانه‌های مهندسی نسبی هستند، نه استانداردهای آزمایش یکپارچه. نتایج واقعی ممکن است بسته به طول محصول، قطر لوله، خلوص، عملیات سطح و محیط به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

چهاردهم چرا نانولوله کربنی یکسان-دیواره می‌تواند اثرات پراکندگی کاملاً متفاوتی از تولیدکنندگان مختلف داشته باشد؟

آنچه عملکرد پراکندگی نانولوله های کربنی را تعیین می کند تنها نام محصول "SWCNT" نیست. ساختار پودر و فرآیند تولید به همان اندازه مهم هستند.

به عنوان مثال، دو سازنده هر دو برچسب: SWCNT Purity بیشتر یا مساوی 99٪

اما اثرات پراکندگی واقعی ممکن است کاملاً متفاوت باشد.

زیرا موارد زیر نیز باید در نظر گرفته شود:

بنابراین، "SWCNT{0}}با خلوص بالا" برابر با "بهترین-SWCNT پراکنده نیست."

برای کاربردهای خاص، چیزی که معنی بیشتری دارد این است: خلوص بالا + طول مناسب + حالت سطح مناسب + مورفولوژی پودر مناسب + فرآیند پراکندگی تطبیق.

XV. چگونه می توان اثر پراکندگی پودر نانولوله کربنی تک دیواره{1} را بهبود بخشید؟

موثرترین روش صرفاً افزایش زمان هم زدن نیست، بلکه بهینه سازی همزمان حالت پودر، محیط پراکندگی، پراکنده کننده و انرژی مکانیکی ورودی است.

می توان از روش زیر استفاده کرد:

مرحله 1: مشخصات نانولوله کربنی را تأیید کنید

ابتدا تایید کنید:

قطر لوله

طول

خلوص

حالت سطحی

چه کاربردی باشد

مرحله 2: محیط پراکندگی را تعیین کنید

روشن کنید که آیا این است:

آب

NMP

DMF

اتانول

ایزوپروپانول

محلول رزین

سایر حلال های آلی

مرحله 3: Disperant را انتخاب کنید

نوع مناسب را بر اساس سیستم انتخاب کنید:

سورفکتانت ها

پخش کننده های پلیمری

مولکول های آمفیفیلیک

مرحله 4: Shear را بهینه کنید

به جای شروع با اولتراسوند طولانی مدت، می تواند: قبل از خیس شدن → برشی با سرعت بالا → اولتراسوند → کم-سرعت را ترکیب کند.

مرحله 5: ارزیابی ثبات

حداقل رعایت کنید:

اندازه ذرات اولیه / حالت تجمع

ویسکوزیته

رسوب گذاری

رویی

پایداری ذخیره سازی

فقط در این صورت می توانید قضاوت کنید که آیا مشکل پراکندگی واقعاً حل شده است یا آگلومراها فقط به طور موقت شکسته شده اند.

شانزدهم چرا تولیدکنندگان نانولوله کربنی تک دیواره-هم باید بر "عملکرد پراکندگی" تمرکز کنند؟

زیرا برای بسیاری از مشتریان، هدف نهایی از خرید SWCNT بدست آوردن یک کیسه پودر نیست، بلکه به دست آوردن نانوموادی است که بتواند وارد فرمولاسیون شود و عملکرد پایداری داشته باشد.

به خصوص برای برنامه های زیر:

عوامل رسانای باتری لیتیومی

الکترونیک انعطاف پذیر

فیلم های رسانای شفاف

حسگرها

مواد کامپوزیتی رسانا

پلیمرهای-با عملکرد بالا

مواد محافظ EMI

مواد نوری الکترونیکی

چیزی که واقعاً بر تصمیمات خرید مشتری تأثیر می گذارد، اغلب این نیست: "خالص این SWCNT چیست؟"

بلکه: "بعد از افزودن آن به سیستم من، آیا می تواند به طور پایدار پراکنده شود؟"

بنابراین، یک تولیدکننده پودر نانولوله کربنی با قابلیت کاربرد، علاوه بر کنترل خود لوله‌های کربنی، باید این موارد را نیز درک کند: پودر → پراکندگی → دوغاب → پوشش/شکل دهی → عملکرد نهایی{0}}کل این زنجیره.

XVII. به عنوان یک تولید کننده پودر نانولوله کربنی، شاندونگ تانفنگ چگونه به مشتریان در حل مشکلات پراکندگی SWCNT کمک می کند؟

شاندونگ تانفنگ بیشتر بر تطبیق مشخصات نانولوله‌های کربنی با سیستم‌های کاربردی مشتری تمرکز می‌کند، به‌جای ارائه یک مدل واحد از پودر نانولوله کربنی تک دیواره-.

برای مشتریانی که نیاز به خرید SWCNT دارند، تطبیق محصول می‌تواند حول پارامترهای زیر انجام شود:

قطر لوله:قطر لوله های مختلف بر سطح خاص، ساختار الکترونیکی و رفتار پراکندگی تأثیر می گذارد.

طول:طول به طور مستقیم بر نسبت ابعاد، تمایل به درهم تنیدگی و رئولوژی دوغاب تأثیر می‌گذارد.

خلوص:مشخصات محصول با توجه به نیاز مشتری برای عملکرد مواد الکترونیکی، الکتروشیمیایی یا کامپوزیت کنترل می شود.

حالت سطحی:برای رسانه های مختلف می توان موارد زیر را ارزیابی کرد:

SWCNT بکر

SWCNT عملکردی

سطح خاصی-SWCNT درمان شده

حالت پودری:روی تجمع پودر خشک، پایداری ذخیره سازی، و متعاقباً مشکل تراکم شدن{0}} تمرکز کنید.

تطبیق برنامه:شاندونگ تانفنگ به‌عنوان تولیدکننده پودر نانولوله‌های کربنی، می‌تواند مطابقت هدفمند مشخصات نانولوله‌های کربنی را مطابق با سیستم‌های آبی، روغن{0}}، حلال‌های آلی، رزین و مواد کامپوزیت مشتری انجام دهد.

این بدان معناست که مشتریان مجبور نیستند به سادگی بین: "0.8 نانومتر یا 1.2 نانومتر؟" یکی را انتخاب کنند.

اما می توان به طور کلی در نظر گرفت: قطر لوله + طول + خلوص + حالت سطح + سیستم پراکندگی.

هجدهم. هنگام خرید پودر نانولوله کربنی تک دیواره{1} چه سؤالاتی باید از تولیدکنندگان پرسید؟

اگر محصول نهایی شما دارای الزاماتی برای پایداری پراکندگی است، بهتر است در مورد پارامترهای ساختاری محصول و داده‌های مربوط به کاربرد-در طول نقل قول پرس و جو کنید.

توصیه می شود حداقل بپرسید:

متوسط ​​قطر لوله SWCNT چقدر است؟

محدوده طول چقدر است؟

خلوص کربن چگونه آزمایش می شود؟

محتوای ناخالصی فلز چیست؟

آیا داده های رامان ارائه شده است؟

آیا داده های TGA ارائه می شود؟

آیا خصوصیات TEM/SEM موجود است؟

آیا پودر تحت عملیات خشک کردن خاصی قرار گرفته است؟

آیا موارد پراکندگی آبی وجود دارد؟

آیا داده های پراکندگی در NMP/DMF و سایر سیستم ها وجود دارد؟

پخش کننده توصیه شده چیست؟

شرایط برشی/سونوگرافی توصیه شده چیست؟

آیا می توان نمونه هایی را برای آزمایش فرمولاسیون واقعی ارائه کرد؟

به خصوص فقط نپرسید: "خلوص SWCNT چیست؟"

مهمتر از آن، بپرسید: "این SWCNT چگونه توصیه می شود در سیستم هدف من پراکنده شود؟" این سؤالی است که واقعاً می‌تواند هزینه‌های آزمایشی-و{1}} تحقیق و توسعه را کاهش دهد.

نوزدهم سؤالات متداول در مورد پراکندگی پودر نانولوله کربنی تک دیواره{{1}

1. چرا نانولوله های کربنی تک جداره- مستعد تجمع هستند؟

از آنجایی که SWCNT ها نسبت ابعادی بالایی دارند و برهمکنش های قوی بین-لوله واندروالس دارند، که آنها را مستعد تشکیل ساختارهای بسته{1}}می کند. تحقیقات اخیر بار دیگر تأیید می کند که بسته بندی طبیعی SWCNT ها یکی از چالش های اصلی در پردازش راه حل آنها است.

2. آیا پراکندگی نانولوله‌های کربنی یک-دیواره لزوماً دشوارتر از نانولوله‌های کربنی چند جداره است؟

لزوماً نه، اما SWCNTها در بسیاری از سیستم‌ها، بسته‌بندی و{0}}شکلی آشکارتری از خود نشان می‌دهند. نتایج خاص نیز به طول، قطر لوله، عملیات سطحی، خلوص و محیط مربوط است.

3. آیا سونوگرافی می تواند تجمع SWCNT را حل کند؟

می تواند تراکم را بهبود بخشد، اما زمان و انرژی اولتراسوند باید کنترل شود. درمان بیش از حد ممکن است بر طول و ساختار لوله کربن تاثیر بگذارد.

4. آیا می توان SWCNT ها را مستقیماً به آب اضافه کرد؟

SWCNT های بکر معمولاً نمی توانند به تنهایی از طریق هم زدن ساده- پراکندگی لوله های منفرد پایدار طولانی مدت در آب ایجاد کنند. معمولاً به مواد پراکنده، اصلاح سطح یا سایر روش‌های تثبیت نیاز است.

5-آیا پخش کننده های بیشتر بهتر است؟

خیر. پراکنده ها باید به پوشش سطحی و اثرات تثبیت کافی دست یابند و در عین حال از پراکندگی بیش از حدی که بر هدایت، عملکرد الکتروشیمیایی یا پردازش بعدی تأثیر می گذارد، اجتناب کنند.

6. چرا SWCNT هایی که به تازگی پراکنده شده اند، پس از یک روز دوباره آگلومره می شوند؟

زیرا پراکندگی مکانیکی اولیه لزوماً تمام ساختارهای باندل پایدار را از بین نمی برد و برهمکنش های الکترواستاتیک، واندروالس، آبگریز و مانع فضایی در سیستم به طور مداوم حالت تجمع را تغییر می دهد.

7. آیا SWCNT های عملکردی لزوماً راحت تر پراکنده می شوند؟

آنها معمولاً به بهبود پراکندگی در سیستم های قطبی خاص کمک می کنند، اما ممکن است به طور همزمان ساختار ذاتی و عملکرد CNT ها را تغییر دهند، بنابراین قضاوت باید با کاربرد نهایی ترکیب شود.

پراکندگی نانولوله‌های کربنی تک دیواره{{0} سخت است-چیزی که واقعاً مشکل است «دست‌گیری»، نه «ترس» است

پراکندگی پودر نانولوله کربنی{0}تک جداره دشوارتر از بسیاری از پودرهای نانولوله کربنی چند جداره است. مشکل اساسی را می‌توان این‌طور خلاصه کرد: نسبت تصویر بالا، قطر لوله کوچک، و برهمکنش‌های قابل توجه بین-لوله‌های واندروالس، SWCNT‌ها را بسیار مستعد تشکیل ساختارهای آگلومره‌ای{4}}پایدار می‌کند.

بنابراین، حل مشکل پراکندگی SWCNT نمی تواند تنها به این متکی باشد: "کمی حلال بیشتر اضافه کنید + کمی بیشتر هم بزنید."

یک رویکرد معقول تر این است: انتخاب مشخصات SWCNT مناسب ← وضعیت تجمع پودر کنترل ← انتخاب محیط پراکندگی منطبق ← بهینه سازی پراکنده ← کنترل برشی/انرژی مافوق صوت ← بررسی پایداری درازمدت-.

برای تهیه پودر نانولوله کربنی، این موضوع همچنین توضیح می‌دهد که چرا همه محصولات دارای برچسب «نانولوله‌های کربنی تک دیواره» ممکن است پس از وارد کردن فرمول یکسان، اثرات پراکندگی کاملاً متفاوتی از خود نشان دهند.

به عنوان یک تولیدکننده پودر نانولوله کربنی، شاندونگ تانفنگ می‌تواند محصولات را در اطراف قطر، طول، خلوص، وضعیت سطح و سیستم کاربرد لوله SWCNT مطابقت دهد و توصیه‌های انتخاب و پراکندگی هدفمند را بر اساس سیستم‌های آبی، روغن{0}}، حلال آلی یا پلیمری خاص مشتری ارائه دهد.

اگر هدف شما صرفاً خرید پودر SWCNT نیست، بلکه در نهایت به دست آوردن مواد نانولوله کربنی با تجمع کم، پراکندگی آسان و پایداری دسته ای است، در این صورت استفاده از "عملکرد پراکندگی" در مشخصات محصول در مرحله تهیه، موثرتر از تنظیم مکرر فرمول پس از دریافت پودر است.