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碳納米管的分散技術(shù)及設(shè)備

IKN 2019-05-23 | 閱讀：3749

碳納米管的分散技術(shù)及設(shè)備

碳納米管表面缺陷少、缺乏活性基團(tuán)，在水及各種溶劑中的溶解度都很低；另外，碳納米管之間存在較強(qiáng)的范德華力，加之它巨大的比表面積和長徑比，導(dǎo)致其極易形成團(tuán)聚或纏繞。

如何均勻穩(wěn)定地分散碳納米管是亟需解決的關(guān)鍵性問題。當(dāng)前碳納米管分散方法主要有機(jī)械分散法、表面化學(xué)共價修飾分散法和表面活性劑的非共價修飾分散法等。

碳納米管的機(jī)械輔助分散

輔助碳納米管分散的機(jī)械方法主要有機(jī)械攪拌、研磨、球磨及超聲分散等。機(jī)械攪拌是最簡單的方法，其主要借助分散溶劑的剪切應(yīng)力以初步打散碳納米管宏觀粉末，有研究者認(rèn)為其對于一維碳納米管的分散效果幾乎可以忽略不計。

若對碳納米管進(jìn)行球磨處理，可能不同程度地破壞其團(tuán)簇而促進(jìn)分散，但球磨會切斷碳納米管、降低其長徑比，對物理機(jī)械性能有一定影響。對碳納米管機(jī)械性能不作特別要求時，球磨法不失為一種可行的分散方法。例如，有研究者曾利用球磨法將碳納米管分散后與鋁合金復(fù)合，所得復(fù)合材料的硬度與模量均較傳統(tǒng)的鋁合金增加了近2倍。

較機(jī)械攪拌與球磨而言，超聲分散為一種更高效的于溶液中原位分散碳納米管的方法。超聲波能夠使溶液中生成的微氣泡瞬間爆開，產(chǎn)生高能量的沖擊以撞開碳納米管團(tuán)簇，同時超聲波在溶液中的空化作用可以產(chǎn)生局部高溫而破壞碳納米管兩兩之間的范德華力，兩者聯(lián)合促進(jìn)了碳納米管在溶液中的良好分散。可以通過調(diào)節(jié)超聲振蕩的時間和功率來提高碳納米管的分散性。

相對于超聲而言依肯（IKN）研磨分散機(jī)略勝一籌，超聲雖可以沖擊撞開碳納米管團(tuán)聚情況，但效率比較低，無法放大生產(chǎn)；而IKN研磨分散機(jī)就不同了，從實驗室小試到工業(yè)化生產(chǎn)都可以，而且可以保證小試效果和工業(yè)化效果一樣，這可是很多廠家都不敢保證的呢！

上海依肯的研磨分散機(jī)特別適合于需要研磨分散均質(zhì)一步到位的物料。研磨分散機(jī)為立式分體結(jié)構(gòu)，精密的零部件配合運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運(yùn)行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機(jī)械密封，并通冷媒對密封部分進(jìn)行冷卻，把泄露概率降到低，保證機(jī)器連續(xù)24小時不停機(jī)運(yùn)行。

從設(shè)備角度來分析，影響分散效果因素有以下幾點：

1.研磨頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次式要好）

2.研磨頭的剪切速率，（越大效果越好）

3.研磨的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒、中齒、細(xì)齒、超細(xì)齒、越細(xì)齒效果越好）

4.物料在分散墻體的停留時間、研磨分散時間（可以看作同等電機(jī)，流量越小效果越好）

5.循環(huán)次數(shù)（越多效果越好，到設(shè)備的期限就不能再好了。）

線速度的計算：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。

剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s)
g 定-轉(zhuǎn)子間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素：

轉(zhuǎn)子的線速率

在這種請況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子間距。
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm

速率V= 3.14 X D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM / 60

所以轉(zhuǎn)速和分散頭結(jié)構(gòu)是影響分散的一個zui重要因素，研磨分散機(jī)的高轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細(xì)微懸浮液是zui重要的

很多研究人員在研究碳納米管分散的同時也嘗試運(yùn)用各種方法來評價碳納米管分散的效果。以下是各種方法的簡介：

（1）應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)加入表面活性劑分散后，碳納米管的紅外特征曲線會出現(xiàn)和表面活性劑相同位置的吸收峰，證明表面活性劑確實吸附到碳納米管表面。

（2）用紅外光譜來表征純化前后碳納米管表面官能團(tuán)的變化。而拉曼光譜被用來分析表面活性劑是否與碳納米管發(fā)生反應(yīng)。

（3）用離心的方法來表征碳納米管分散液，根據(jù)離心出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象的時間長短來判斷碳納米管分散的均勻性和穩(wěn)定性，有研究者認(rèn)為分散效果差的碳納米管分散液中，成束狀的碳納米管數(shù)量多，在離心力的作用下，碳納米管束沉降，造成溶液分層。

（4）采用紫外-可見分光光度計測定碳納米管分散液的濃度，在碳納米管特征吸收波長處，將制得的碳納米管分散液稀釋一定的倍數(shù)，測量稀釋液的吸光度，然后與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比，從而做到快速檢測碳納米管在分散液中的濃度。

（5）通過測定分散前后碳納米管表面Zeta電位的變化來判斷分散液的穩(wěn)定性。由于靜電排斥力作用，碳納米管表面帶電量絕對值越大，其發(fā)生團(tuán)聚的可能性就越小，懸浮液就越穩(wěn)定。

上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司是一家中德合作經(jīng)營企業(yè)，依肯通過引進(jìn)德國IKN技術(shù)和科學(xué)管理模式，形成了完整的研發(fā)、制造及營銷體系。她保持與全球的混合乳化技術(shù)同步，同時擁有一流的技術(shù)研究人才和生產(chǎn)能力，為中國及全球提供多元化的產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)。“追求卓越品質(zhì)”是依肯公司是的宗旨。“成功源自創(chuàng)新”亦是公司全體員工一直努力追隨的目標(biāo)。