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碳纳米管分散工艺研究

作者:admin日期:2020-06-04阅读
用砂磨机对多壁碳纳米管分散。探索了研磨时间、分散剂用量对多壁碳纳米管分散效果的影响。实验表明,砂磨机对碳纳米管形成了显著的剪切效果,极大地减小了长径比。研磨时间越长,碳管长度越小,4h时碳管长度减少到1μm。水性分散剂明显降低了体系的粘度,改善了碳管的分散效果。碳管与分散剂的比例为5:4时达到最佳的分散效果。

0 引言 
碳纳米管表面缺陷少,缺乏活性基团,在水及各种溶剂中的溶解度都很低。另外,碳纳米管之间存在较强的范德华力,加之它巨大的比表面积和长径比,使其极易形成团聚或缠绕。要发挥碳纳米管优异性能使其广泛应用,如何均匀稳定地分散碳纳米管是亟需解决的关键性问题[1]。 
由于碳纳米管具有优异的结构和性能,近年来,对其改善复合材料性能的研究已经成为纳米材料领域的前沿和热点,碳纳米管在基体中的分散性对其发挥功能性有重要影响[2]。砂磨机工艺具有剪切力大、效率高等特点,是纳米粉体的有效分散工艺。
1 实验
1.1 材料
 碳纳米管,纯度>97%,杂质<3%,直径40-60nm,长度<5微米,深圳市金科特种材料股份有限公司。分散剂BYK-190,德国ALTANA集团毕克化学公司。
1.2 球磨
 采用规格型号为Mini-Easy的砂磨机,北京瑞驰拓维科技有限公司。采用氧化锆球,日本Nikkato公司,直径2mm,密度6g/cm3。研磨腔体容量大小为400mL,其中超过一半体积的锆珠;用不同质量BYK与10g碳纳米管加水在砂磨机中以2000rpm的转速球磨,在不同时间段进行取样。
1.3 测试方法
 采用日立Hitchis-3400 扫描电镜观察碳纳米管形貌;用毛刷蘸取碳纳米管分散取样,在不导电吸水纸上涂刷一次,待烘干后反复重复五次测定既定长度的点阻值,再计算单位长度的平均电阻值。
2 结果及分析
2.1 球磨时间对分散效果的影响
碳纳米管分散工艺研究
球磨时间对碳纳米管的影响如以上电镜图所示,在砂磨机中研磨30分钟碳纳米管依然可以看出其呈现长条状,碳纳米管长度都在5微米以上。研磨1小时,长度降到1微米到5微米之间;研磨2小时,碳纳米管长度都在3微米以下;研磨3小时,碳纳米管长度都在1微米以下;研磨4小时和5小时,碳纳米管呈现被打碎并团聚的电镜效果。
总之,随着砂磨机研磨时间增加,碳纳米管长度越来越短,研磨4小时可以达到明显的研磨效果,此时碳纳米管长度都在1微米以下。2.2 分散剂量对碳纳米管性能发挥的影响.
碳纳米管分散工艺研究
由扫描电镜图可以知,随球磨时间增加,碳纳米管分散效果编号,对应试样的电阻值应当越小。加入12.5gBYK时,碳纳米管的导电性不增反降,说明BYK过多导致碳纳米管性能发挥变差,另两组从开始研磨到结束,导电性一直程递增趋势,也证明了球磨4小时碳纳米管的分散效果明显升高。
3 结论 
(1)砂磨机分散对碳纳米管形成了显著的剪切效果,极大地减小了长径比。 
(2)碳纳米管分散效果与其在砂磨机中球磨时间相关,且随时间增加分散效果明显变好。
(3)水性分散剂BYK-190明显降低了体系的粘度,改善了碳纳米管的分散效果。碳纳米管与分散剂的质量比为5:4时分散效果最佳且不影响碳纳米管的性能发挥。