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碳納米管的分散技術(shù)及設(shè)備

IKN 2019-05-23 | 閱讀：2821

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(zhǎng)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(wèn)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(jià)修飾分散法和表面活性劑的非共價(jià)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(jiǎn)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(duì)于一維碳納米管的分散效果幾乎可以忽略不計(jì)。

若對(duì)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(huì)切斷碳納米管,、降低其長(zhǎng)徑比,，對(duì)物理機(jī)械性能有一定影響。對(duì)碳納米管機(jī)械性能不作特別要求時(shí),，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(kāi),，產(chǎn)生高能量的沖擊以撞開(kāi)碳納米管團(tuán)簇，同時(shí)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(guò)調(diào)節(jié)超聲振蕩的時(shí)間和功率來(lái)提高碳納米管的分散性,。

相對(duì)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(kāi)碳納米管團(tuán)聚情況,，但效率比較低,，無(wú)法放大生產(chǎn)；而IKN研磨分散機(jī)就不同了,，從實(shí)驗(yàn)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(shí)采用德國(guó)博格曼雙端面機(jī)械密封,，并通冷媒對(duì)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(shí)不停機(jī)運(yùn)行,。

從設(shè)備角度來(lái)分析，影響分散效果因素有以下幾點(diǎn)：

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(shí)間,、研磨分散時(shí)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(jì)算：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)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(qǐng)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(gè)zui重要因素,，研磨分散機(jī)的高轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)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(shí)也嘗試運(yùn)用各種方法來(lái)評(píng)價(jià)碳納米管分散的效果,。以下是各種方法的簡(jiǎn)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(huì)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(shí)吸附到碳納米管表面,。

（2）用紅外光譜來(lái)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(lái)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(lái)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(shí)間長(zhǎng)短來(lái)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(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定碳納米管分散液的濃度,，在碳納米管特征吸收波長(zhǎng)處，將制得的碳納米管分散液稀釋一定的倍數(shù),，測(cè)量稀釋液的吸光度,，然后與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比,，從而做到快速檢測(cè)碳納米管在分散液中的濃度。

（5）通過(guò)測(cè)定分散前后碳納米管表面Zeta電位的變化來(lái)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(duì)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(yíng)企業(yè)，依肯通過(guò)引進(jìn)德國(guó)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(yíng)銷體系。她保持與全球的混合乳化技術(shù)同步,，同時(shí)擁有一流的技術(shù)研究人才和生產(chǎn)能力,，為中國(guó)及全球提供多元化的產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)?！白非笞吭狡焚|(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),。