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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，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的范德華力，加之它巨大的比表面積和長徑比，導(dǎo)致其極易形成團聚或纏繞。

如何均勻穩(wěn)定地分散碳納米管是亟需解決的關(guān)鍵性問題。當前碳納米管分散方法主要有機械分散法、表面化學共價修飾分散法和表面活性劑的非共價修飾分散法等。

碳納米管的機械輔助分散

輔助碳納米管分散的機械方法主要有機械攪拌、研磨、球磨及超聲分散等。機械攪拌是最簡單的方法，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，有研究者認為其對于一維碳納米管的分散效果幾乎可以忽略不計。

若對碳納米管進行球磨處理，可能不同程度地破壞其團簇而促進分散，但球磨會切斷碳納米管、降低其長徑比，對物理機械性能有一定影響。對碳納米管機械性能不作特別要求時，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，產(chǎn)生高能量的沖擊以撞開碳納米管團簇，同時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)合促進了碳納米管在溶液中的良好分散?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)超聲振蕩的時間和功率來提高碳納米管的分散性。

相對于超聲而言依肯（IKN）研磨分散機略勝一籌，超聲雖可以沖擊撞開碳納米管團聚情況，但效率比較低，無法放大生產(chǎn)；而IKN研磨分散機就不同了，從實驗室小試到工業(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。研磨分散機為立式分體結(jié)構(gòu)，精密的零部件配合運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機械密封，并通冷媒對密封部分進行冷卻，把泄露概率降到低，保證機器連續(xù)24小時不停機運行。

從設(shè)備角度來分析，影響分散效果因素有以下幾點：

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、細齒、超細齒、越細齒效果越好）

4.物料在分散墻體的停留時間、研磨分散時間（可以看作同等電機，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。）

線速度的計算：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。

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zui重要因素，研磨分散機的高轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是zui重要的

很多研究人員在研究碳納米管分散的同時也嘗試運用各種方法來評價碳納米管分散的效果。以下是各種方法的簡介：

（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吸附到碳納米管表面。

（2）用紅外光譜來表征純化前后碳納米管表面官能團的變化。而拉曼光譜被用來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)象的時間長短來判斷碳納米管分散的均勻性和穩(wěn)定性，有研究者認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-可見分光光度計測定碳納米管分散液的濃度，在碳納米管特征吸收波長處，將制得的碳納米管分散液稀釋一定的倍數(shù)，測量稀釋液的吸光度，然后與標準曲線對比，從而做到快速檢測碳納米管在分散液中的濃度。

（5）通過測定分散前后碳納米管表面Zeta電位的變化來判斷分散液的穩(wěn)定性。由于靜電排斥力作用，碳納米管表面帶電量絕對值越大，其發(fā)生團聚的可能性就越小，懸浮液就越穩(wěn)定。

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