Í fremstu röð efnisvísinda eru kolefnisnanorör, með framúrskarandi vélrænni, rafmagns- og hitaeiginleika, smám saman að færast frá rannsóknarstofunni yfir í stóra-iðnaðarnotkun. Þegar keppt er við grafen og koltrefjar, sem einnig tilheyra kolefnisfjölskyldunni, standa verkfræðingar og R&D starfsfólk oft frammi fyrir „valerfiðleikum“. Þessi grein mun ítarlega greina mikilvægan mun á þessum þremur stjörnuefnum og ásamt harðkjarnagögnum og hagnýtum tilfellum gefur skýran ákvörðunargrundvöll fyrir val þitt á leiðandi aukefnum og styrkingarefnum úr kolefnisnanórörum. Við munum ekki aðeins kryfja muninn á kolefni nanórörum og koltrefjum heldur einnig ræða hvaða efni hentar betur fyrir sérstakar þarfir þínar, ásamt raunverulegri framleiðslureynslu Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.
1. Kolefni nanórör, grafen og koltrefjar: Nauðsynlegur munur og einkennandi samanburður
Grundvallarmunurinn á þessum þremur liggur í rúmfræðilegri vídd, sem ákvarðar gjörólík hlutverk þeirra í samsettum efnum.
Til að skilja hvor er hentugri verðum við fyrst að sjá "útlit" þeirra greinilega. Við getum borið saman helstu eðlisfræðilegar breytur kolefnis nanóröra, grafen og koltrefja í gegnum leiðandi töflu:
| Nafn efnis | Örbyggingarvídd | Þvermál/þykkt | Leiðni (S/cm) | Þéttleiki (g/cm³) | Einkennandi leitarorð |
|---|---|---|---|---|---|
| Kolefni nanórör | Ein-vídd (pípulaga) | 1-20 nm | 10³ - 10⁴ | 1.3 - 1.75 | Mjög hátt hlutfall, hol uppbygging, hár styrkur |
| Grafen | Tví-vídd (blað) | <1 nm (monolayer) | Allt að 10⁴ | 1.06 | Stórt tiltekið yfirborð, frábært í-fletileiðni |
| Koltrefjar | Ein-vídd (trefja, míkron-kvarði) | 5-10 μm | ~10⁴ | ~2 | Makrósópísk samfelld styrking, hár stuðull |
Líta má á kolefni nanórör sem óaðfinnanleg rör sem myndast með því að rúlla upp grafenblöðum. Þessi „velting“ gefur þeim einstaka eiginleika. Koltrefjar eru aftur á móti meira eins og stórsæja "vírabúnt", sem samanstendur af óteljandi smærri kristallítum, aðallega notuð til að bera stórsæja vélrænni álag. Á sviði litíumrafhlöðu geta kolefnisnanorör leiðandi aukefni, vegna línulegrar „punkta-línu“ snertihams þeirra, á skilvirkari hátt byggt leiðandi brýr milli virkra efna, kostur sem hefðbundin kornleiðandi aukefni (eins og kolsvart) hafa ekki. Rannsóknir sýna að í litíum járnfosfat bakskautum eru tvöföld-veggja kolefnis nanórör sem leiðandi aukefni betri en einveggja -kolefnis nanórör og kolsvart, sem sýnir meiri leiðni og viðloðun.
2. Hvort er hentugra sem leiðandi aukefni? - Árangursleikurinn í litíum rafhlöðum og samsettum efnum
Í leiðandi aukefnisnotkun skara kolefni nanórör fram úr í því að bæta hraðagetu og líftíma. Grafen glímir við dreifingarerfiðleika en koltrefjar, vegna stærðar sinnar, eru erfiðar í notkun til að byggja upp leiðandi net á nanóskala.
Í litíum-jónarafhlöðum hefur val á leiðandi aukefni bein áhrif á innra viðnám og orkuþéttleika. Kolefnisnanorör (sérstaklega fjölveggja-kolefnisnanorör) og grafen eru núverandi rannsóknarstöðvar.
Skilvirkni leiðandi netbyggingar:Kolefni nanórör hafa afar hátt stærðarhlutfall (þvermál nanóskala, míkron-kvarðalengd), sem gerir þeim kleift að mynda línu-snertileiðandi net í rafskautsefnum, sem bætir rafeindaflutningsskilvirkni til muna og dregur úr magni leiðandi aukefnis sem þarf (og eykur þar með orkuþéttleika). Aftur á móti, þó að grafen hafi mjög mikla-planleiðni, sem tvívíddar plötuefni, getur ójöfn dreifing hindrað dreifingu litíumjóna. Koltrefjar, vegna of stórs þvermáls (míkron-kvarða), geta ekki myndað samræmda dreifingu inni í rafskautsplötunni og er almennt ekki notað sem innra leiðandi aukefni fyrir litíum rafhlöður, heldur til að útbúa stórsæjar leiðandi rafskaut.
Dreifingaráskoranir:Allir þrír glíma við dreifingarvandamál, en mismikið. Kolefni nanórör eru mjög viðkvæm fyrir þéttingu og þarf venjulega að búa til for-dreift leiðandi deig til notkunar. Kolefnisnanotube leiðandi límið sem Shandong Tanfeng New Material býður upp á er hannað til að leysa þetta vandamál, tryggja hámarks virkni í rafskauta- og bakskautsefnum með faglegum dreifingarferlum.
Kostir Shandong Tanfeng nýtt efni:Sem faglegur kolefnis nanórör framleiðandi, veitir Shandong Tanfeng New Material ekki aðeins ein-veggað/fjöl-veggað kolefnis nanórörduft með hreinleika sem er meira en eða jafnt og 98% heldur hefur einnig árlega framleiðslugetu upp á 10.000 tonn og þroskað kolefnis nanórör leiðandi líma undirbúningstækni, sem leysir á áhrifaríkan hátt dreifingartækni viðskiptavina.
3. Hvort er hentugra sem styrkingarefni? - Styrkingarrökfræði vélrænna eiginleika og samsettra efna
Í samsettri styrkingu ráða koltrefjar stórsæjum vélrænum eiginleikum, kolefnis nanórör veita „styrkingu á-situ“ á nanóskala og frammistaða grafen er á milli þeirra tveggja.
Þegar þessum þremur efnum er bætt við sem styrkingar á fjölliða-, málm- eða keramikfylki er verkunarháttur þeirra gjörólíkur:
Koltrefjar: „Rebar“ af stórsæjum styrkingum
Koltrefjar eru „beinagrind“ stórsæja samsettra efna. Þegar framleiddir eru flugvélarskrokkar, vindmyllublöð eða hágæða bílahlutar eru koltrefjastyrktar samsetningar þekktar fyrir mjög mikinn styrk og stuðul. Þeir leysa vandamál stífleika og styrkleika á stórsæjum stigi.
Carbon Nanotubes: „Binderið“ og „Bridging Agent“ á Nanoscale
Munurinn á kolefni nanórörum og koltrefjum er að kolefni nanórör eru aðallega notuð til að styrkja nanó/ör. Með því að bæta þeim við samsett efni úr koltrefjum getur það bætt skurðstyrk milli laganna verulega og þreytuþol. Til dæmis hafa rannsóknir sýnt að eftir að hafa bætt við snefilmagni af breyttum kolefnis nanórörum er hægt að auka togstyrk koltrefja samsettra efna um meira en 32,97%. Kolefni nanórör virka eins og "nano-hnoð," festast á milli trefjanna og plastefnisins til að koma í veg fyrir útbreiðslu sprungna.
Grafín: Tveggja-"Patch" styrking
Stórt tiltekið yfirborð grafen gefur því stórt snertiflötur við fylkið. Í ákveðnum hitastillandi kvoða eru styrkingaráhrif þess jafnvel betri en margveggja kolefnis nanórör. Hins vegar, í hagnýtum forritum, er erfiðara að stjórna stefnu grafens en fyrir kolefni nanórör.
| Styrkingarsviðsmynd | Æskilegt efni | Ástæða |
|---|---|---|
| Stórskærir burðarhlutar (td yfirbyggingar bíla) | Koltrefjar | Veitir afar háan togstyrk og stuðul, sem þjónar sem aðalburðar-álagsfasinn. |
| Fjölliða andstæðingur-truflanir / truflanir-losandi breyting | Kolefni nanórör | Að bæta við 2-3% bætir leiðni til muna, nær varanlegum andstæðingi truflana og hefur lágmarks áhrif á fylkislit. |
| Bætir brotseigni epoxýplastefnis | Kolefni nanórör | Eyðir beinbrotaorku í gegnum sprungubrú og útdráttaráhrif-. |
| Há-afkastasamsett loftrými | Kolefni nanórör / grafín samvirkni | Samvirk breyting á koltrefjum með kolefnis nanórörum og grafeni nær fram „stífri og sveigjanlegri“ margfaldri-skalastyrkingu. |
Þegar bætt var við 0,6 wt% kolefnis nanórörum jókst togstyrkur samsettsins um 33,59%, en að bæta við sama magni af grafeni leiddi til 45,94% aukningar. Þetta sýnir að í mismunandi fylkiskerfum er árangur þeirra tveggja mismunandi.
4. Hvernig á að gera skynsamlegt val?
Hvaða efni á að velja fer eftir atburðarás þinni - ef það er til að bæta rafmagnsgetu litíumrafhlaðna, kolefnis nanórör eru mjög efnilegur kostur; ef það er fyrir stórsæja uppbyggingu styrkingar, er koltrefjar óbætanlegt; ef stunduð er fjölnotabreyting á nanóskala, hafa bæði kolefnisnanorör og grafen styrkleika sína, en kolefnisnanorör eiga meira við almennt hvað varðar stærðarhlutfall og alhliða frammistöðu.
Veldu kolefni nanórör:Ef þú sækist eftir fullkominni rafleiðni (sérstaklega kolefni nanórör leiðandi aukefni), þarft að bæta þreytuþol samsettra efna, eða framkvæma nanóskala breytingar, er það óumdeilt "allt-alvegara." Sérstaklega þar sem staðbundnir framleiðendur eins og Shandong Tanfeng New Material ná í stórum-framleiðslu, kostnaður lækkar hratt og þröskuldurinn fyrir iðnaðarnotkun hefur verið lækkaður verulega.
Veldu koltrefjar:Ef þú þarft að framleiða stóra íhluti sem bera mikið álag eru hefðbundnar koltrefjar óhagganlegur hornsteinn.
Veldu grafín:Ef þú metur sérstaklega hitaleiðni eða hindrunareiginleika og getur leyst dreifingar- og kostnaðarmál, hefur grafen sína einstaka kosti.
Í framtíðinni munu kolefnis nanórör, í krafti einstakrar einvíddar byggingar þeirra, ofur-háa stærðarhlutfalls og sífellt þroskaðari kolefnis nanóröraleiðandi límatækni, hafa ótakmarkaða möguleika í nýrri orku, geimferðum og há-framleiðslu. Að ná tökum á dreifingartækninni og samsettum breytingaferlum kolefnisnanoröra mun vera lykillinn að því að grípa hámark nýrra efna.