中國粉體網(wǎng)訊 隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，一種獨(dú)特的一維納米材料——碳納米管因具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)而受到了人們越來越多的關(guān)注。目前，碳納米管的制備方法已日臻完善，但制備出的碳納米管之間存在比較強(qiáng)的范德華力、導(dǎo)致很容易纏繞在一起或者團(tuán)聚成束，在實(shí)際應(yīng)用過程中，團(tuán)聚形態(tài)往往會破壞單根碳納米管所表現(xiàn)出的優(yōu)異力學(xué)、電學(xué)特性，限制了深入研究碳納米管的性能與應(yīng)用。因此，如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問題。
碳納米管團(tuán)聚的原因
納米粉體的強(qiáng)團(tuán)聚效應(yīng)
材料達(dá)到納米尺度以后會表現(xiàn)出很多納米尺寸效應(yīng)，以零維的微觀顆粒來講，當(dāng)顆粒尺寸達(dá)到納米尺度以后，其團(tuán)聚效應(yīng)顯著增加，團(tuán)聚體內(nèi)顆粒的相互吸引力也顯著增大，分散難度變大，表現(xiàn)出納米尺度的強(qiáng)團(tuán)聚效應(yīng)。
2.纖維材料的糾纏粘結(jié)現(xiàn)象
由圖可見，單根碳納米管為纖維狀一維納米材料，長徑比較大。因此碳納米管容易糾纏粘結(jié)在一起，形成很大的團(tuán)聚體。
納米粉體的強(qiáng)團(tuán)聚效應(yīng)和纖維材料的糾纏粘結(jié)現(xiàn)象綜合在一起，使得碳納米管團(tuán)聚體更加牢固，均勻分散更加困難。
碳納米管的分散機(jī)理
根據(jù)碳納米管團(tuán)聚的原因分析，要想得到均勻分散的碳納米管必須同時(shí)滿足3個(gè)條件:破壞長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)、克服團(tuán)聚體強(qiáng)吸附力、穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)。
1.破壞長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)
碳納米管壁上有很多缺陷，通過物理或化學(xué)作用可以從缺陷處斷開碳納米管，把碳納米管剪短，從而去除長纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)。
2.克服團(tuán)聚體的強(qiáng)吸附力
通過機(jī)械攪拌和研磨等方法，可以克服團(tuán)聚體的強(qiáng)吸附力，使碳納米管團(tuán)聚體分散開。
3.穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)
選擇合適的介質(zhì)可以穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)。
碳納米管的分散方法
碳納米管分散方法有機(jī)械攪拌與研磨法、高能球磨法、超聲波處理法、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。
機(jī)械攪拌與研磨只能使碳納米管團(tuán)聚體宏觀地與基體粉體混合，對碳納米管團(tuán)聚體自身的分散無能為力；球磨可以碾斷碳納米管，分散碳納米管團(tuán)聚體，但也會使碳納米管更加致密地粘結(jié)在一起，超聲波處理同樣有此特點(diǎn)；添加表面活性劑及酸堿洗滌的方法，可以使團(tuán)聚體表面的絮狀碳納米管從團(tuán)聚體上斷開、分散，對于緊密纏結(jié)在一起的碳納米管效果不顯著。因此，根據(jù)3個(gè)分散的必要條件，以上幾種分散方法都難以同時(shí)滿足，所以分散效果都不是十分理想。
目前多種分散方法綜合協(xié)同使用是常采用的碳納米管分散工藝。如強(qiáng)酸氧化加超聲波處理、超聲波處理的同時(shí)添加表面活性劑、球磨的同時(shí)添加表面活性劑等。多種方法綜合使用一方面提高了分散效率，另一方面一定程度上提高了分散的程度。但由于實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的限制，目前為止，還未能實(shí)現(xiàn)碳納米管的均勻穩(wěn)定分散，阻礙了碳納米管復(fù)合材料的應(yīng)用，因此開展碳納米管分散性研究具有重要意義。
