Ar y llinellau ymchwil a datblygu a chynhyrchu haenau dargludol sy'n seiliedig ar ddŵr, rhwymwyr newydd sy'n seiliedig ar ddŵr batri lithiwm, neu ffilmiau oeri dargludol thermol, mae nanotiwbiau carbon yn cael eu ffafrio'n fawr oherwydd eu rhwydweithiau dargludol a dargludol thermol yn y pen draw. Fodd bynnag, mae peirianwyr yn aml yn baglu ar y cam cyntaf o gynhyrchu: sut i wasgaru nanotiwbiau carbon mewn dŵr? Wrth edrych ar y fflocs du arnofiol yn y bicer a’r gwaddod caled ar y gwaelod, mae pobl ddi-rif yn syrthio i anobaith. Oherwydd hydroffobigedd cryf a grymoedd tiwb van der Waals, mae CNTs yn crynhoi yn syth ar ôl mynd i mewn i ddŵr, ac ni all troi confensiynol ffurfio gwasgariad dyfrllyd unffurf o gwbl. Bydd yr erthygl hon yn mynd i'r afael yn uniongyrchol â'r pwynt poen hwn, gan ddefnyddio data craidd caled i ddatgymalu rhesymeg gwasgariad dyfrllyd nanotiwbiau carbon.
1. Olrhain y Dilema: Pam Mae Nanotiwbiau Carbon Yn Cludo a Suddo Mewn Dŵr yn Hawdd Iawn?
Y rheswm sylfaenol pam mae nanotiwbiau carbon yn crynhoi a gwaddodi'n hawdd iawn mewn dŵr yw eu hydroffobig arwyneb hynod uchel a'r atyniad rhyng-tiwb van der Waals cryf, sy'n gwneud y system yn hynod ansefydlog yn thermodynamig.
Mae wal tiwb CNTs yn cael ei ffurfio gan ddalennau graphene hybridized sp² treigl, ac mae'r arwyneb cyfun polariaidd iawn hwn yn ei hanfod yn hydroffobig. Pan fydd powdr CNT heb ei addasu yn cael ei dywallt i ddŵr, ni all moleciwlau dŵr ledaenu a gwlychu wal y tiwb, ac mae'r tensiwn rhyngwyneb enfawr yn gwrthyrru dŵr. Ar yr un pryd, i ostwng yr egni arwyneb hynod o uchel, mae'r tiwbiau'n glynu'n dynn at ei gilydd trwy rymoedd cryf van der Waals. O'i gymharu â thoddyddion organig (fel NMP), mae tensiwn wyneb uchel dŵr (~72 mN/m) yn ei gwneud hi'n anoddach fyth torri'r cyflwr thermodynamig ansefydlog hwn.
| System Toddyddion | Tensiwn Arwyneb | Gwlybedd ar gyfer CNTs | Cyflwr Gwasgaru CNT | Sefydlogrwydd Hyd |
|---|---|---|---|---|
| Dwfr Deionized | 72.8 mN/m | Very poor (contact angle >120 gradd) | Clwmpio cyflym a suddo | <10 minutes |
| Ethanol | 22.0 mN/m | Canolig | Yn gallu atal dros dro | Amryw oriau |
| NMP | 40.7 mN/m | Ardderchog (hydoddydd da) | Wedi'i wasgaru'n hawdd i diwbiau unigol | Sawl diwrnod i sawl wythnos |
2. Physical Ultrasonication: Why Does It Break the Tubes but Still Result in Sinking?
Er y gall ultrasonication corfforol ddarparu grym cneifio uchel ar unwaith i rwygo bwndeli CNT yn rymus, ni all newid eu natur hydroffobig, ac unwaith y daw i ben, mae crynhoad eilaidd cyflym yn anochel yn digwydd.
Wrth wynebu'r broblem o sut i wasgaru nanotiwbiau carbon mewn dŵr, adwaith cyntaf llawer o bobl yw defnyddio ultrasonication. Yn wir, gall effaith cavitation sonigator stiliwr gynhyrchu effeithiau jet micro o gannoedd o MPa, gan dorri'n ddarnau bwndeli sydd wedi'u maglu. Ond y broblem yw bod gan y CNTs hydroffobig sydd newydd eu torri egni arwyneb hynod o uchel a'u bod mewn cyflwr hynod o weithgar mewn dŵr; y foment y mae ultrasonication yn dod i ben, maen nhw'n chwilio am gymdeithion ar unwaith i ddod at ei gilydd eto. Hyd yn oed yn fwy angheuol, bydd ymestyn yr amser ultrasonication wrth fynd ar drywydd effaith gwasgariad yn torri'r CNTs yn uniongyrchol, gan achosi'r gymhareb agwedd i blymio o filoedd i ddegau, gan ddinistrio'r rhwydwaith dargludol yn llwyr.
| Dull Gwasgaru Corfforol | Mecanwaith Gweithredu | Dwysedd Ynni | Difrod i Gymhareb Agwedd | Amser i Agglomeru Uwchradd a Suddo |
|---|---|---|---|---|
| Troi Mecanyddol | Darfudiad cneifio macrosgopig | Isel (<10 W/cm³) | Bron dim | Yn suddo'n syth ar ôl stopio |
| Ultrasonication Caerfaddon | Effaith cavitation | Canolig (10-50 W/cm³) | Ychydig | 10-30 munud |
| Holwch Uwchsonig | Micro{0}}jet cavitation pwerus | Extremely high (>100 W/cm³) | Severe (breakage rate >50%) | 1-2 awr |
3. Addasu Cemegol: Sut i Wneud Nanotiwbiau Carbon Yn Gydnaws â Dŵr?
Yr unig ffordd o gyflawni gwasgariad sefydlog hirdymor o nanotiwbiau carbon mewn dŵr yw addasu arwynebau cemegol. Trwy gyflwyno grwpiau hydroffilig neu lapio moleciwlau amffiffilig, mae'r tiwbiau'n cael eu hatal yn sylfaenol rhag mynd at ei gilydd eto o safbwynt thermodynamig.
Y strategaeth gwella gwraidd ar gyfer sut i wasgaru nanotiwbiau carbon mewn dŵr yw rhoi "cot hydroffilig" ar wal y tiwb. Mae dau brif lwybr: addasu bond cofalent ac addasu bond nad yw'n -cofalent. Mae addasu bond cofalent (fel berwi mewn asid cymysg) yn ysgythru'n uniongyrchol grwpiau carbocsyl (-COOH) a grwpiau hydrocsyl (-OH) ar wal y tiwb, gan ddarparu hydrophilicity rhagorol, ond yn dinistrio'r strwythur cyfun sp², gan achosi gostyngiad sylweddol mewn dargludedd. Mae addasu bondiau nad ydynt yn cofalent (ychwanegu syrffactyddion neu wasgarwyr polymer) yn defnyddio nodwedd arsugniad un pen i wal y tiwb a'r pen arall yn ymestyn i'r dŵr, gan gyflawni ataliad trwy rwystr sterig neu wrthyriad electrostatig, gan gadw dargludedd cynhenid CNTs yn berffaith.
| Dull Addasu | Mecanwaith Gweithredu | Potensial Zeta (Dangosydd Sefydlogrwydd) | Dargludedd Cadw | Swm Ychwanegiad Nodweddiadol |
|---|---|---|---|---|
| Ocsidiad Asid Cymysg (Cofalent) | impio arwyneb -COOH, hydrophilicity cryf | -40 ~ -55 mV (Ardderchog) | 50% - 70% | Nid oes angen ychwanegiad ychwanegol |
| Syrffactydd Moleciwl Bach (SDS, ac ati) | Yn ffurfio micelles, gwrthyriad haen ddwbl | -30 ~ -45 mV (Da) | 80% - 90% | 0.5% -2% o fàs CNT |
| Gwasgarwr Polymer (PVP, ac ati) | Angori arsugniad grŵp + rhwystr sterig cadwyn hir | -45 ~ -60 mV (Ardderchog) | 90% - 98% | 1% -5% o fàs CNT |
*Cyfeirnod data: Mesuriadau sefydlogrwydd labordy Deunydd Newydd Shandong Tanfeng ar gyfer gwasgariadau dyfrllyd 2 wt% CNT gyda gwahanol addaswyr dŵr.*
4. Gwneuthurwr Breakthrough: Sut Mae Shandong Tanfeng Dianc y "gwasgariad Anodd vs Colli Perfformiad" Cylch Marw?
Dewis gwneuthurwr ffynhonnell fel Shandong Tanfeng gyda-addasu a gludo yn y sefyllfa-gwneud galluoedd ar gyfer cyflenwi dŵr yn uniongyrchol-past CNT seiliedig ar ddŵr yw'r ateb gorau i osgoi'r costau treialu a gwallau o wasgaru a sicrhau perfformiad di-golled.
Mae darganfod sut i wasgaru nanotiwbiau carbon mewn dŵr ar eich pen eich hun nid yn unig yn golygu buddsoddiad offer mawr a pheryglon triniaeth asid ond hefyd yn hawdd iawn achosi amrywiadau cynnyrch llinell gynhyrchu oherwydd anghydnawsedd y system fformiwleiddio. Fel gwneuthurwr CNT proffesiynol, mae Shandong Tanfeng New Material Technology Co, Ltd yn ymyrryd yn y ffynhonnell, gan roi'r datrysiad "parod-i-defnyddio" terfynol i gwsmeriaid:
Yn-Technoleg Addasu Hydroffilig Situ:Gan roi'r gorau i'r post hynod ddinistriol-triniaeth ocsidiad asid cymysg, mae Shandong Tanfeng yn cyflwyno rheoliad catalydd hydroffilig arbennig yn ystod y cam synthesis CVD, gan achosi i wal y tiwb CNT feddu ar ficropores ac ocsigen yn gynhenid -sy'n cynnwys grwpiau pegynol. Mae hyn yn lleihau'r ongl cyswllt rhyngwyneb hylif solet o fwy na 60% heb niweidio'r strwythur dargludol cyfun.
Llyfrgell Gludo Seiliedig ar Ddŵr wedi'i Addasu-Llyfrgell: Targeting different applications such as water-based conductive coatings and water-based battery systems, Shandong Tanfeng provides customized aqueous dispersions with solid content options ranging from 1% to 10%. Using a proprietary compounded polymer steric stabilizer, the paste fineness D90 is stably maintained below 5 μm, the absolute Zeta potential value is >45 mV, ac nid oes unrhyw waddodiad ar ôl allgyrchu cyflymder uchel ar 3000 rpm am 30 munud.
Addasiad Proses Syml iawn:Gan ddefnyddio past dŵr Shandong Tanfeng -, nid oes angen i gwsmeriaid i lawr yr afon ddarparu offer uwchsonig archwilio drud mwyach. Gellir defnyddio gwasgarwyr troi niwmatig confensiynol neu wasgarwyr cyflymder isel i wanhau'n uniongyrchol â dŵr, gan leihau amser cymysgu'r llinell gynhyrchu o sawl awr i 15 munud.
Casgliad
Gan ddychwelyd at y cwestiwn gwreiddiol: sut i wasgaru nanotiwbiau carbon mewn dŵr? Nid yw defnyddio ultrasonication corfforol yn rymus i'w torri ar wahân yn ddull cywir o bell ffordd. Mae angen dibynnu ar bŵer addasu cemegol, cyflwyno grwpiau hydroffilig neu lapio â gwlychwyr i dorri'n sylfaenol y llwybr i grynodref eilaidd o'r gwreiddyn thermodynamig. Fodd bynnag, mae cost y treial a'r gwall o archwilio'r llwybr hwn ar eich pen eich hun yn uchel iawn. Y dewis mwyaf rhesymegol yw trosoli croniad technegol gwneuthurwr ffynhonnell fel Shandong Tanfeng a mabwysiadu'n uniongyrchol eu past gwasgaredig wedi'i seilio ar ddŵr aeddfed cyn-. Gadewch i'r gweithwyr proffesiynol wneud yr addasiad proffesiynol, ac yn syml, rydych chi'n mwynhau'r perfformiad eithaf a ddaw yn sgil y nano-ddeunydd.