Á rannsókna- og þróunar- og framleiðslulínum leiðandi deigs, breytts plasts og samsettrar húðunar er mest höfuðverkur-vandamál verkfræðinga oft dúnkenndur, kekktur dauður hnútur þegar opnaður er dós af kolefnisnanotúpudufti. Margir skilja ekki hvers vegna kolefnis nanórör safnast alltaf saman. Sem nanóefni með óvenjulega leiðandi og vélrænan möguleika, þegar CNTs eru þétt þétt saman, rýkur ekki aðeins magn viðbótarinnar upp úr öllu valdi, heldur mynda þau einnig streituþéttnipunkta og einangrunargalla innan fylkisins, sem veldur því að frammistaða lækkar verulega. Til að leysa dreifingarvandann að fullu er nauðsynlegt að skilja fyrst undirliggjandi rökfræði „þrjóska flækju þeirra“. Þessi grein mun nota megindleg gögn til að afhýða sannleikann um þéttbýli og veita hagnýtar verkfræðilegar mótvægisaðgerðir.
1. Undirliggjandi rökfræði: Hvar liggur rótin að því hvers vegna kolefnisnanórör safnast alltaf saman?
Grundvallarástæðan fyrir því að kolefnisnanorör safnast alltaf saman liggur í risastórri yfirborðsorku kerfisins sem stafar af afar stóru tilteknu yfirborði þeirra, sem og sterku van der Waals aðdráttaraflið sem myndast við -rörabil á nanóskala. Kerfið verður að þéttast til að nálgast varmafræðilegan stöðugleika.
Frá varmafræðilegu sjónarhorni hefur hvaða kerfi tilhneigingu til að lækka eigin yfirborðsorku. Þvermál CNT er venjulega á nanómetrastigi og tiltekið yfirborð þeirra getur náð hundruðum eða jafnvel þúsundum m²/g, sem þýðir gífurlega yfirborðsorka. Til að lækka þetta óstöðuga orkuástand munu rör sjálfkrafa koma saman. Þegar fjarlægð milli -röra milli tveggja CNTs minnkar í um 0,34 nm, verður van der Waals aðdráttarafl algjörlega ráðandi. Samkvæmt útreikningum í bókmenntum getur milli-rörakrafturinn á hvern míkrómetra af lengd náð tugum nN. Þetta smásæja „ofurlím“ gerir af-þynningu afar erfitt.
2. Tegundarmunur: Hvernig er samþjöppun eins-veggja og fjölveggja-múra kolefnis nanórör mismunandi?
Vegna þess að eins-vegguð kolefnis nanórör hafa minna þvermál og meiri sveigjanleika, er aðdráttarafl þeirra á milli-van der Waals rör og eðlisfræðileg flækja mun meiri en margveggja kolefnis nanórör, sem veldur því að þau mynda þéttari þyrpingar sem mjög erfitt er að losa við-.
Þegar við stöndum frammi fyrir spurningunni um hvers vegna kolefni nanórör safnast alltaf saman, verðum við að greina röragerðirnar. Fjölveggaðar rör eru eins og stíft bambus, þar sem flækjur eru aðallega punktsnertingar eða staðbundnar línusnertingar. Einveggir -rör eru eins og mjúk reipi, mjög viðkvæm fyrir óafturkræfum djúpum samtvinnun. Þar að auki veldur afar lítill þvermál þeirra tiltekna yfirborðsflötinn að aukast og magnar aðdráttaraflið margfalt upp.
| Lykilfæribreyta | Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) | Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs) |
|---|---|---|
| Dæmigert þvermál | 0.8 - 2 nm | 5 - 50 nm |
| Sérstakt yfirborð | 1300 - 1500 m²/g | 200 - 400 m²/g |
| Inter-Tube van der Waals Force | Extremely strong (>5 eV/nm) | Meðal-sterkt (1 - 3 eV/nm) |
| Makrósópísk þéttbýlisformgerð | Harðir, þéttir búntar (þurfa afar mikla orku til að-þéttist) | Laus flækt knippi (hægt að brjóta með hefðbundinni klippingu) |
3. Ferlagildrur: Hvernig versna myndun og eftir{1}}meðhöndlun samþjöppun?
Há-gasflæðisflækjan við CVD nýmyndun CNTs, sem og háræðsrýrnunarkrafturinn við hreinsunarþvott eftir-meðhöndlun, eru lykilþættir ferlisins sem valda því að duftið myndar óafturkræf „harð þyrping“.
Jafnvel þó að aðdráttarafl á milli-röra sé undirrótin, geta óviðeigandi ferlibreytur gert þéttinguna verri. Við vöxt efnagufuútfellingar (CVD), ef virkni hvata og dvalartíma er ekki vel stjórnað, munu stækkuðu rörin falla kröftuglega undir -hraða gasflæðinu í reactornum og mynda stórsæja flækju eins og garnkúlu. Enn banvænni er þurrkunarstigið eftir blauthreinsun. Háræðskrafturinn sem myndast við uppgufun leysis mun þrýsta lausu rörknippunum þétt saman.
| Ferlisstig | Verkunarháttur og áhrif | Gráða þéttbýlisversnun | Makrósópísk birtingarmynd og afleiðingar |
|---|---|---|---|
| CVD vaxtarstig | Hlutfall eykst verulega við háan hita; gasflæði veldur djúpri líkamlegri flækju | Hátt (myndar upphafsflækju í beinagrind) | Púður einstaklega dúnkenndur, magnþéttleiki<0.05 g/cm³ |
| Acid Wash Hreinsunarstig | Fjarlægir hvataleifar, en kynnir fljótandi miðli | Medium (býr sig undir háræðasamdrátt) | Slöngubúnt dreift í leysi, tímabundið viðunandi |
| Þurrkunarstig | Leysir gufar upp; gífurlegur háræðakraftur þrýstir rörknippum saman | Mjög hátt (myndar harða þyrpingar) | Duft verður að hörðum kekki; hefðbundin hræring getur alls ekki brotið þau í sundur |
Gagnatilvísun: Rannsóknir á þurrkunarálagi og þróun nanóefna úr þéttbýli úr tímaritinu Carbon.
4. Lausnarstefna: Hvernig á að rjúfa "fastan blokk" kolefnisnanoröra?
Til að rjúfa CNT samþjöppun þarf samverkandi stefnu um "líkamlega þvingaða af-flækju + efnafestingu til að koma í veg fyrir aukasamsöfnun." Einfaldlega að treysta á vélrænan kraft mun óhjákvæmilega leiða til taps á stærðarhlutföllum og afköstum.
Eftir að hafa skilið hvers vegna kolefni nanórör myndast alltaf, verða mótvægisaðgerðirnar skýrar. Líkamleg ultrasonication eða þriggja-rúllufræsing getur veitt tafarlausan mikinn skurðkraft til að rífa í sundur búntana með valdi, en þegar stöðvun hefur verið hætt mun há yfirborðsorkan valda því að þeir gangast fljótt undir auka þéttingu. Jafnvel verra, ofbeldisfull ultrasonication getur brotið CNTs, verulega minnkað stærðarhlutfallið úr 1000 í 200, algjörlega eyðilagt leiðandi netið. Þess vegna, á því augnabliki sem -þeirri þéttist, verður að setja yfirborðsbreytandi efni (eins og tengiefni, fjölliða dreifiefni) til að "festa" og einangra einstakar rör með sterískum hindrunum eða rafstöðueiginleikum.
5. Heimildastýring: Hvernig leysir Shandong Tanfeng þéttbýlisvandamálið frá útleið?
Að velja upprunaframleiðanda með-situ de-flækju- og fordreifingartækni fyrir beina afhendingu er ákjósanlegasta lausnin til að forðast CNT harða þyrpingar og draga úr prufu--og-villukostnaði. Shandong Tanfeng hefur kjarnaferlishindranir á þessu sviði.
Þar sem þéttingin stafar af nýmyndun og þurrkun er mun skilvirkara að meðhöndla það við upptökin en erfiðleika í straumnum. Sem djúpt sérhæfður CNT framleiðandi hefur Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. endurmótað fráfarandi ástand CNT rækilega með nýsköpun í ferli:
In-Situ De-entanglement in the Reactor:Shandong Tanfeng hefur bætt innra flæðisvið vökvabeðs reactors, náð stefnu teygju og lausri stöflun á knippum á CVD vaxtarstigi, sem minnkar dýpt líkamlegrar flækju við upptökin. Þetta eykur upphafsmagnþéttleika duftsins um meira en 2 sinnum, án harðra kekki.
Sérhæfð þurrkun-rýrnunartækni:Með því að innleiða yfirkritíska/sérstaka endurnýjunarferla á meðan á hreinsunarþurrkunarstigi stendur útilokar rýrnunarkraftur háræða algerlega, varðveitir dúnkenndur milli-pípurými og styttir bleytingartíma niðurstreymis um 60%.
Tilbúið-til-Nota Paste Lausn:Shandong Tanfeng veitir ekki aðeins há-hreinleika duft heldur einnig for-dreift deig sem miðar beint á NMP, vatn, epoxý og önnur kerfi. Með því að nota sér fjölliða húðunartækni til að einangra fullkomlega há stærðarhlutfall CNTs, er límafínleikinn D90 stöðugt haldið undir 5 μm, án erfiðrar uppgjörs eftir sex mánaða uppistand, og kveður algjörlega martröð framleiðslulínu viðskiptavina um „af hverju safnast kolefni nanórör alltaf saman.
Niðurstaða
Hvers vegna gerakolefnis nanóröralltaf að þéttast? Þetta er ekki einföld gæðaafsökun, heldur óumflýjanlegt lögmál varmafræði og vökvafræði á nanóskala. Sterkir van der Waals kraftar, mikil yfirborðsorka og háræðasamdráttur hefðbundinna ferla mynda saman þetta trausta blokkarvirki. En að skilja fyrirkomulagið er aðeins fyrsta skrefið. Raunverulega byltingin felst í því að nota blöndu af eðlisfræðilegri klippingu og efnafræðilegum breytingum, og jafnvel enn mikilvægara, að vera góður í að nýta sér-situ de-flækju og for-dreifða límatækni upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng til að skera af rót harðra þyrpinga frá þeim enda. Að velja rétta efnisformið er eina leiðin til að raunverulega lausan tauminn af endanlegum möguleikum kolefnis nanóröra.