Kvaliteetsete modifitseeritud plastide, aku juhtivate lisandite ja erikatete valdkonnas on süsiniknanotorud pikka aega olnud asendamatuks tööstuslikuks lisandiks. Kuid valides ja ostes jäävad insenerid sageli kinni võtmeparameetrist: kuidas valida süsinik-nanotorude kuvasuhet? Paljud teadus- ja arendustöötajad taotlevad pimesi üli-kõrgeid kuvasuhteid, kuid avastavad, et pulber kleepub tihedalt maatriksisse, põhjustades kahe-kruviga ekstruuderi voolu punaseks. Teised, kes soovivad hõlpsat hajutamist, valivad lühikesed ja jämedad torud, kuid leiavad, et juhtivat võrku ei saa üldse ehitada ja isegi lisatava koguse kahekordistamine ei vasta spetsifikatsioonidele. Kuvasuhe pole sugugi nii suur kui võimalik; see on jõhker mäng mikroskoopilise geomeetria ja makroskoopilise töötlemise vahel. See artikkel kasutab tegelikke andmeid, mis aitavad teil süsinik-nanotoru kuvasuhte valikuloogikat täielikult selgitada.
1. Kuvasuhte olemus: miks on see jõudluse "võti"?
Kuvasuhe (pikkuse ja läbimõõdu suhe) määrab otseselt süsinik-nanotorude ristsidumise punkti tiheduse ja koormuse ülekande efektiivsuse, kui nad moodustavad maatriksis kolmemõõtmelise võrgu, muutes selle põhiparameetriks, mis mõjutab kogu süsteemi.
Geomeetrilisest vaatenurgast sõltub juhtiva võrgu moodustamine süsinik-nanotorude abil polümeeris peamiselt torude kattumisest. Mida suurem on kuvasuhe, seda laiemale ruumilisele ulatusele üks toru võib ulatuda ja seda vähem on vaja läbiva-võrgu moodustamiseks torusid. See on kuulus "perkolatsiooniteooria". Mehaanilise tugevdamise korral määrab kuvasuhe pindadevahelise nihkepinge ülekandepikkuse. Kui kuvasuhe on liiga madal, ei saa torusid täielikult "ankurdada" ja need tõmmatakse pingutamisel otse välja, mis ei suuda avaldada nanomõõtmelisi ülimehaanilisi omadusi.
2. Juhtivad rakenduse stsenaariumid: kas kõrge kuvasuhe on tõesti ainus lahendus?
Stsenaariumide puhul, mis taotlevad ülimat juhtivust ja ülimadalaid lisamiskoguseid, on kõrge kuvasuhtega süsiniknanotorud absoluutselt esimene valik, kuid eelduseks on, et sellest tulenevad kõrge viskoossusega ja hajumisega seotud probleemid tuleb lahendada.
Süsinik-nanotorude kuvasuhte valimisel on juhtiv väli kuvasuhte suhtes kõige tundlikum. Klassikalise statistilise perkolatsioonimudeli järgi on perkolatsioonilävi pöördvõrdeline kuvasuhtega. Kui kuvasuhe suureneb 100-lt 1000-le, saab sama juhtivuse saavutamiseks vajalikku lisamise kogust suurusjärgu võrra vähendada. See on eriti oluline liitiumaku juhtivate lisandite puhul: väiksem lisatav kogus tähendab suuremat aktiivse materjali osakaalu, suurendades otseselt energiatihedust. Kõrge kuvasuhe põhjustab aga süsteemi viskoossuse järsu tõusu, muutes elektroodide katmise keeruliseks ja selle tasakaalustamiseks on vaja spetsiaalseid de{6}}aglomeratsiooniprotsesse.
| Kuvasuhte vahemik | Tüüpiline läbimõõt/pikkus | Perkolatsiooni lävi (massi%) | Lisasumma sama juhtivuse jaoks | Viskoossuse efekt | Tüüpilised rakendusestsenaariumid |
|---|---|---|---|---|---|
| Madal kuvasuhe (50–150) | 20nm / 1-3μm | 1.5 - 3.0% | Kõrge (~2,5%) | Madal, hea voolavus | Anti-plastid, üldjuhtivad pinnakatted |
| Keskmine kuvasuhe (150–500) | 10nm / 5-15μm | 0.3 - 1.0% | Keskmine (~0,8%) | Keskmine, kergesti töödeldav | Tavalised aku juhtivad lisandid, insenerplastid |
| Suur kuvasuhe (500-3000+) | 5nm / 15-50μm | 0.02 - 0.2% | Äärmiselt madal (~0,05%) | Äärmiselt kõrge, altid tarretuma | Kvaliteetsed{0}}digitaalsed akud, läbipaistvad juhtivad kiled |
3. Töötlemise hajutatus: saatuslik mäng kõrge ja madala vahel
Torude vaheline takerdumisjõud suureneb plahvatuslikult süsinik-nanotorude kuvasuhtega, põhjustades dispersiooniraskuste ja seadmete nihkevajaduse järsu suurenemise, põhjustades väga kergesti kuvasuhte kadu.
Süsiniknanotorude kuvasuhte valimise probleemi lahendamisel ei saa võrrandist eraldada tehase tegelikku varustustaset. Kõrge kuvasuhtega torud on nagu pott keedetud spagette, tugevad van der Waalsi jõud hoiavad neid tihedalt läbi põimunud. Kui dispergeerimisseadmete nihkejõud on ebapiisav, ei saa suure kuvasuhtega torusid üldse avada. Kui nihkejõud on liiga suur (nt pikaajaline kõrgsageduslik-ultrahelitöötlus), lõhub see torud otse, põhjustades lõppkokkuvõttes tegeliku kuvasuhte ja jõudluse märkimisväärselt kahanemise. Selle asemel on see halvem kui otse keskmise -kuni -madala kuvasuhtega CNT-de kasutamisel. Madala kuvasuhtega torud on nagu riisiterad, hea voolavusega ja väga kergesti hajuvad, kuid jõudluse ülemmäär on madal.
| Dispersiooni- ja töötlemisomadused | High Aspect Ratio (>500) | Keskmine{0}}Madal kuvasuhe (<200) |
|---|---|---|
| Kuiv pulber olek | Äärmiselt kohev, puistetihedus<0.05 g/cm³ | Suhteliselt tihe, puistetihedus 0,1-0,3 g/cm³ |
| Ultraheli dispersiooniaeg | Pikk (vajab 30min+), väga murdumisohtlik | Lühike (10-15min), nihkekindel |
| Kahe{0}}kruvinihke kohandatavus | Väga kehv, kiud purunevad kergesti ja voolavad tagasi | Suurepärane, sobib tavapäraseks ekstrusioongranuleerimiseks |
| Viskoossuse suurenemine vaigumaatriksis | Väga suur (võib piirata maksimaalset lisatavat kogust) | Väike, saab täita suure vahekorraga |
4. Mehaanilise tugevdamise stsenaariumid: milline neist on tõeline "armatuurvarras"?
Komposiitkarastamisel ja tugevdamisel on suure kuvasuhtega süsinik-nanotorudel palju parem purunemiskindlus kui madala kuvasuhtega torudel, pakkudes pikemaid väljatõmbe{0}}pikkusi ja pragude kõrvalekaldeteid.
Kui süsinik-nanotorude kuvasuhe on liiga madal, on torude ja vaigumaatriksi vaheline kontaktpind liiga väike, kui komposiidile avaldatakse välist jõudu. Pärast pingestamist tõmmatakse need otse maatriksist välja (madal väljatõmbe-töö), mis ei toimi "armatuurina". Ainult siis, kui kuvasuhe ületab kriitilise pikkuse, purunevad süsinik-nanotorud, mitte ei tõmbuvad pinge korral välja, maksimeerides purunemisenergia tarbimist. Siiski tuleb märkida, et mehaanilisel tugevdusel on ülikõrged nõuded CNT puhtusele; metallkatalüsaatori jäägid muutuvad pinge kontsentratsioonipunktideks, mis põhjustab tugevduse ebaõnnestumise.
5. Tee ummikseisust väljumiseks: kuidas saavutab Shandong Tanfeng ideaalse tasakaalu kuvasuhte ja hajuvuse vahel?
Tuginedes keevkihi täppis-katalüütilisele juhtimisele ja ise-arendatud eel-dispersioonitehnoloogiale, võimaldab Shandong Tanfeng kasutajatel enam kuvasuhte valiku pärast vaeva näha, saavutades jõudluse ja töödeldavuse vahel optimaalse tasakaalu.
Seistes silmitsi keerulise probleemiga, kuidas valida süsiniknanotorude kuvasuhet, on parim lähenemisviis mitte lasta klientidel maadelda hajutusseadmetega, vaid lahendada probleem allikas. Põhjalike uurimistöödega kodumaise CNT-tootjana on Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. põhiprotsesside uuenduste kaudu väljunud ummikseisust kõrge kuvasuhte ja raske hajumise vahel:
Täpne kohandatud süntees:Kasutades ise välja töötatud-mitmeastmelist-keevkihtreaktorit, juhib Shandong Tanfeng täpselt katalüsaatori aktiivsust ja viibimisaega, saavutades CNT kuvasuhte täpse kohandamise vahemikus 100-3000. Partiide{4}}pikkuse kõikumine on kontrollitud 15% piires, tagades äärmiselt stabiilse jõudluse.
In-Situ De{1}}põimumise tehnoloogia:Suure kuvasuhtega CNT-de jaoks tutvustab Shandong Tanfeng sünteesi väljalaskeotsas dünaamilist mehaanilist lahti-põimumist ja pinna insitu modifitseerimist, suurendades suure kuvasuhtega pulbri puistetihedust rohkem kui 2 korda, vähendades märkimisväärselt allavoolu eelsegamise raskusi ning kõrvaldades "tolmumise" ja "kõvad aglomeraadid".
Probleemne{0}}Kleepimise tasuta kohaletoimetamine:Shandong Tanfeng ei paku mitte ainult kvaliteetset-kuivpulbrit, vaid ka eel-dispergeeritud pastasid, mis ühilduvad NMP, vee ja erinevate vaikudega. Kasutades patenteeritud polümeeride dispergeerivaid aineid suure kuvasuhtega CNT-de täiuslikuks isoleerimiseks, on pasta peenus D90<5 μm, with coating free of particles, truly allowing customers to achieve "high aspect ratio performance with low aspect ratio processing experience."
Järeldus
Tulles tagasi põhiküsimuse juurde, kuidas valida süsinik-nanotorude kuvasuhet? See pole sugugi lihtsalt numbri täitmine. Kui taotlete ülimalt madalat läve ja kõrget tugevdust, peate valima kõrge kuvasuhte, kuid peate olema varustatud võimsate dispergeerimismeetoditega või kasutama otse pastat. Kui taotlete stabiilset tootmisvõimsust, lihtsat töötlemist ega ole tundlik lisatava koguse suhtes, on keskmise{2}}madala kuvasuhe otstarbekam. Kõige nutikam lähenemine on kasutada nii sünteesist kui ka hajutamisest aru saava allikatootja, nagu Shandong Tanfeng, tehnilisi võimalusi, kasutades kohandatud kuvasuhteid ja -eelseid dispersioonilahendusi, et iga gramm süsiniknanotoru saaks teie süsteemis maksimaalselt tõhusalt toime tulla.