Investigación sobre el proceso de dispersión de nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono se dispersaron utilizando un molino de arena. Se exploró el impacto del tiempo de fresado y la cantidad de dispersante en la dispersión de nanotubos de carbono de múltiples paredes. Los experimentos mostraron que el molino de arena tenía un efecto cortante significativo en los nanotubos de carbono, reduciendo su relación de aspecto. Con tiempos de fresado más largos, la longitud de los nanotubos de carbono disminuyó, alcanzando 1 μm después de 4 horas. Los disperdisperacuacuosos redujeron significativamente el sistema#39;s y mejoró la dispersión de nanotubos de carbono. El efecto de dispersión óptimo se logró cuando la relación de masa de nanotubos de carbono a dispersantes fue de 5:4.

Introducciónlos nanotubos de carbono tienen pocos defectos superficiales y carecen de grupos funcionales activos, lo que los hace insolubles en agua y varios disolventes. Además, los nanotubos de carbono exhifuertes fuerzas de van der Waals entre ellos y tienen una alta relación de aspecto, lo que los hace propensos a la agregación o entrelaz. Para aprovechar plenamente las excelentes propiedades de los nanotubos de carbono y aplicarlas ampliamente, lograr una dispersión uniforme y estable de los nanotubos de carbono es un reto crítico. Debido a su excelente estructura y propiedades, los nanotubos de carbono se han convertido en un tema candente en el campo de los nanomateriales para mejorar el rendimiento de los materiales compuestos. La dispersibilidad de los nanotubos de carbono en la matriz influye significativamente en su funcionalidad. El proceso de molienda de arena es conocido por su alta fuerza cortante y eficiencia, por lo que es una técnica de dispersión eficaz para nanomateriales.

Materiales experimental1,1 nanotubos de carbono con una pureza mayor al 97%, impurezas menores al 3%, un diámetro de 40-60 nm, y una longitud menor a 5 μm fueron obtenidos de Shenzhen Jinko Special Materials Co., Ltd. El dispersante utilizado fue BYK-190 de ALTANA Group's BYK Chemie.

Se utilizó un Mini-Easy Sand Mill con especificaciones, obtenido de Beijing Ruichi Tuowei Technology Co., Ltd. Se utilizaron bolas de Zirconia con un diámetro de 2 mm y una densidad de 6 g/cm3, suministradas por Nikkato Co., Ltd. Japón. La cámara de molienda tenía un volumen de 400 mL, con más de la mitad del volumen ocupado por perlas de zirconia. Nanotubos de carbono y 10 g de BYK fueron añadial agua en el molino de arena, y la molienda de bolas se realizó a 2000 RPM para diferentes intervalos de tiempo.

1.3 método de ensayo se observaron las características morfológicas de los nanotubos de carbono utilizando un microscopio electrónico de barrido Hitachi Hitchis-3400. Se tomó una muestra de dispersión de nanotubo de carbono con un pincel, se aplicó una vez sobre papel absorbde agua no conductor y se dejó secar. Los valores de resistencia puntual para una longitud definida se midieron cinco veces y se calculó la resistencia media por unidad de longitud.

Resultados y análisis2.1 impacto del tiempo de fresado en el efecto de dispersión el efecto del tiempo de fresado de bolas en nanotubos de carbono se muestra en las imágenes del microscopio electrónico. Después de 30 minutos de molienda en el molino de arena, los nanotubos de carbono todavía apareccomo barras largas, con longitudes superiores a 5 μm. Después de 1 hora de fresado, la longitud se redujo a un rango entre 1 μm y 5 μm. Después de 2 horas de fresado, las longitudes de los nanotubos de carbono estaban por debajo de 3 μm. Después de 3 horas de fresado, todas las longitudes de nanotubos de carbono estaban por debajo de 1 μm. Después de 4 y 5 horas de fresado, los nanotubos de carbono fueron rotos y agregados, como se observa en las imágenes de microscoelectrónica. En resumen, a medida que el tiempo de molienda en el molino de arena aumentaba, la longitud de los nanotubos de carbono se hacía progresivamente más corta, con un efecto de dispersión significativo alcanzado después de 4 horas, con todas las longitudes de nanotubos de carbono por debajo de 1 μm.

2.2 influencia de la cantidad de dispersante en el rendimiento del nanotubo de carbonolas imágenes de microscopía electrónica revelaron que a medida que el tiempo de fresado de bolas aumentaba, el efecto de dispersión de los nanotubos de carbono mejoraba, y los valores correspondientes de resistencia de la muestra se hacían más pequeños. Cuando se añadió 12,5 g de BYK, la conductividad eléctrica de los nanotubos de carbono disminuyó, lo que indica que una cantidad excesiva de BYK condujo a un deterioro en el rendimiento de los nanotubos de carbono. En contraste, los otros dos grupos mostraron una tendencia consistente de aumentar la conductividad eléctrica desde el inicio de la molienda hasta el final, confirmando el efecto de dispersión significativamente mejorado de los nanotubos de carbono después de 4 horas de molienda de bolas.

Conclusión (1) el proceso de dispersión del molino de arena tuvo un efecto cortante significativo sobre los nanotubos de carbono, reduciendo su relación de aspecto.(2) el efecto de dispersión de los nanotubos de carbono estuvo estrechamente relacionado con el tiempo de molienda de bolas en el molino de arena, y los tiempos de molición más largos resultaron en una dispersión significativamente mejorada#39;s y mejoró la dispersión de nanotubos de carbono. El efecto de dispersión óptimo se logró con una relación de masa de nanotubos de carbono a dispersante de 5:4, sin afectar el rendimiento de los nanotubos de carbono.