Pesquisa sobre o Processo de Dispersão de Nanotubos de Carbono

Nanotubos de carbono foram dispersos usando um moinho de areia. O impacto do tempo de moagem e da quantidade de dispersante na dispersão de nanotubos de carbono de paredes múltiplas foi explorado. Os experimentos mostraram que o moinho de areia teve um efeito de cisalhamento significativo sobre os nanotubos de carbono, reduzindo sua relação de aspecto. Com tempos de moagem mais longos, o comprimento dos nanotubos de carbono diminuiu, chegando a 1 μm após 4 horas. Os dispersantes aquosos reduziram significativamente o sistema' s viscosidade e melhorou a dispersão de nanotubos de carbono. O efeito ótimo de dispersão foi alcançado quando a razão de massa de nanotubos de carbono para dispersantes foi de 5:4.

IntroduçãoOs nanotubos de carbono apresentam poucos defeitos superficiais e carecem de grupos funcionais ativos, tornando-os insolúveis em água e solventes diversos. Além disso, os nanotubos de carbono exibem fortes forças de van der Waals entre eles e têm uma alta proporção de aspecto, tornando-os propensos à agregação ou emaranhamento. Para aproveitar plenamente as excelentes propriedades dos nanotubos de carbono e aplicá-las amplamente, alcançar uma dispersão uniforme e estável dos nanotubos de carbono é um desafio crítico. Devido à sua excelente estrutura e propriedades, os nanotubos de carbono tornaram-se um tópico quente no campo dos nanomateriais para melhorar o desempenho de materiais compósitos. A dispersibilidade dos nanotubos de carbono na matriz influencia significativamente sua funcionalidade. O processo de moagem de areia é conhecido por sua alta força de cisalhamento e eficiência, tornando-se uma técnica de dispersão eficaz para nanomateriais.

Materiais experimentais1.1Nanotubos de carbono com pureza superior a 97%, impurezas inferiores a 3%, diâmetro de 40-60 nm e comprimento inferior a 5 μm foram obtidos da Shenzhen Jinko Special Materials Co., Ltd. O dispersante utilizado foi o BYK-190 do Grupo ALTAN' s BYK Chemie.

1.2 Moagem de bolas Foi utilizado um moinho de areia Mini-Easy com especificações, obtido da Beijing Ruichi Tuowei Technology Co., Ltd. Foram utilizadas esferas de zircônia com diâmetro de 2 mm e densidade de 6 g/cm3, fornecidas pela Nikkato Co., Ltd. Japão. A câmara de moagem apresentou volume de 400 mL, sendo mais da metade do volume ocupado por esferas de zircônia. Nanotubos de carbono e 10 g de BYK foram adicionados à água no moinho de areia, e a moagem de bolas foi realizada a 2000 rpm para diferentes intervalos de tempo.

1.3 Método de ensaioAs características morfológicas dos nanotubos de carbono foram observadas usando um microscópio eletrônico de varredura Hitachi Hitchis-3400. Uma amostra de dispersão de nanotubos de carbono foi retirada com um pincel, aplicada uma vez em papel não condutor, absorvente de água, e deixada secar. Os valores de resistência pontual para um comprimento definido foram medidos cinco vezes, e a resistência média por unidade de comprimento foi calculada.

Resultados e Análise2.1 Impacto do Tempo de Moagem no Efeito de DispersãoO efeito do tempo de moagem de bolas em nanotubos de carbono é mostrado nas imagens do microscópio eletrônico. Após 30 minutos de moagem no moinho de areia, os nanotubos de carbono ainda apareciam como hastes longas, com comprimentos superiores a 5 μm. Após 1 hora de moagem, o comprimento reduziu para uma faixa entre 1 μm e 5 μm. Após 2 horas de moagem, os comprimentos dos nanotubos de carbono estavam todos abaixo de 3 μm. Após 3 horas de moagem, todos os comprimentos dos nanotubos de carbono estavam abaixo de 1 μm. Após 4 horas e 5 horas de moagem, os nanotubos de carbono foram quebrados e agregados, como observado nas imagens de microscopia eletrônica. Em resumo, à medida que o tempo de moagem no moinho de areia aumentou, o comprimento dos nanotubos de carbono tornou-se progressivamente menor, com um efeito de dispersão significativo alcançado após 4 horas, com todos os comprimentos de nanotubos de carbono abaixo de 1 μm.

2.2 Influência da quantidade de dispersante no desempenho de nanotubos de carbono As imagens de microscopia eletrônica revelaram que, à medida que o tempo de moagem das bolas aumentou, o efeito de dispersão dos nanotubos de carbono melhorou, e os valores de resistência da amostra correspondentes tornaram-se menores. Quando 12,5 g de BYK foram adicionados, a condutividade elétrica dos nanotubos de carbono diminuiu, indicando que uma quantidade excessiva de BYK levou a uma deterioração no desempenho dos nanotubos de carbono. Em contraste, os outros dois grupos mostraram uma tendência consistente de aumento da condutividade elétrica do início à moagem até o final, confirmando o efeito de dispersão significativamente melhorado dos nanotubos de carbono após 4 horas de moagem das bolas.

Conclusão(1) O processo de dispersão do moinho de areia teve um efeito de cisalhamento significativo sobre os nanotubos de carbono, reduzindo sua relação de aspecto. (2) O efeito de dispersão dos nanotubos de carbono foi intimamente relacionado com o tempo de moagem de bolas no moinho de areia, e tempos de moagem mais longos resultaram em dispersão significativamente melhorada. (3) O dispersante aquoso BYK-190 reduziu significativamente o sistema' s viscosidade e melhorou a dispersão de nanotubos de carbono. O efeito ótimo de dispersão foi alcançado com uma relação de massa de nanotubos de carbono para dispersante de 5:4, sem afetar o desempenho dos nanotubos de carbono.