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modifica funzionale su superficie di nanotubi di carbonio (cnts)

  • March 18,2019.
nanotubi di carboniosono materiali tubolari nanometrici unidimensionali fatti di piastrine di grafene a strato singolo e multistrato. hanno buone proprietà di elevata resistenza meccanica, buona stabilità chimica, eccellente conduttività elettrica e schermatura elettromagnetica, quindi sono considerati filler ideali per compositi ad alte prestazioni. tuttavia, la loro superficie manca di gruppi attivi con conseguente scarsa disperdibilità e lavorazione difficile, che ne limitano l'applicazione pratica. pertanto, i ricercatori hanno migliorato la loro solubilità e dispersibilità attraverso la modifica della superficie. allo stesso tempo, i materiali funzionali multifunzionali sono preparati collegando chimicamente o fisicamente i gruppi funzionali desiderati alla superficie dei nanotubi di carbonio. allo stato attuale, la modificazione superficiale della superficie dei nanotubi di carbonio è diventata un campo di ricerca caldo.

modifica superficiale su nanotubi di carbonio

modifica funzionale superficiale del nanotubo di carbonio è principalmente suddivisa in modifica organica, modifica meccanica e rivestimento inorganico.

1. modifica organica
la modificazione e la modificazione organica dei nanotubi di carbonio includono principalmente modifiche covalenti e modifiche non covalenti.

(1) modifica covalente superficiale di nanotubi di carbonio

La modifica covalente superficiale del nanotubo di carbonio consiste nell'introdurre nuovi legami covalenti sulla parete del tubo con una reazione chimica per ottimizzare le prestazioni di cnts. le reazioni principali includono la reazione di ossidazione, l'aggiunta di radicali liberi, la reazione elettrochimica e la reazione termochimica, ecc. la reazione di ossidazione consiste nell'introdurre un gruppo carbossilico o ossidrile di polarità relativamente grande mediante un metodo chimico, provocando così un gruppo attivo sulla superficie di cnts e quindi introducendo diversi gruppi funzionali con reazione di reticolazione covalente.

un gruppo di ricerca shainghai ha usato acido misto (h2so4: hno3 = 1: 3) e forte alcali (naoh) per trattare mwcnts, e il valore assoluto del potenziale zeta della soluzione di nanotubi di carbonio è diventato più grande, indicando una migliore dispersibilità e stabilità, e mwcnts avere maggiore solubilità in acqua.

dopo il trattamento con acido, lo spettro infrarosso ha un picco di assorbimento da 1600 a 1700 cm-1, che indica l'introduzione del gruppo c = o. un picco di assorbimento debole è stato osservato a 1260 cm-1, che è stato causato principalmente dalla vibrazione di stretching del gruppo c-o nel gruppo carbossile. a 3300 a 3500 cm-1, è stato trovato un picco di assorbimento di un gruppo idrossilico libero (-oh).

(2) modifica non covalente di cnts

La modifica non covalente dei nanotubi di carbonio significa che non sono stati introdotti legami chimici covalenti sulla superficie, ma da legami non covalenti. questo include l'adsorbimento fisico e il rivestimento superficiale. Le interazioni non covalenti comprendono la forza disperdente, il legame idrogeno, la forza dipolo-dipolo, l'impilamento π-π e l'interazione idrofobica. gli atomi di carbonio in cn sono tutti sp2 ibridizzati per formare elettroni π altamente delocalizzati, che possono essere modificati con altri composti ricchi di π-elettrone mediante impilamento π-π.

la modifica non covalente può non solo introdurre il polimero sulla superficie del cnts, ma anche i tensioattivi per cambiare l'attività della superficie. i tensioattivi comprendono due parti rispettivamente estremità oleofila e estremità idrofilica.

il vantaggio della modifica non covalente è che i nodi ottenuti sono strutturalmente integri e conservano le loro proprietà originali.

2. modifica meccanica
la modifica meccanica si riferisce all'utilizzo di una forza esterna per la modifica della superficie di cnts per ottimizzare le loro prestazioni. i metodi di modificazione meccanica includono rettifica, frizione, vibrazione, ecc. il suddetto metodo fisico può aumentare l'energia interna dei nanotubi di carbonio e reagire con alcune sostanze in determinate condizioni esterne, ottenendo così una modifica della superficie.

i vantaggi della modifica meccanica: semplice, veloce ed economico.
svantaggi: è difficile da controllare durante il processo di macinazione e la formazione di difetti reticolari è facile da causare la lunghezza dei nanotubi di carbonio troppo corta che causa la perdita delle loro proprietà originali.

3. rivestimento inorganico
i metodi di rivestimento inorganico di cnts includono principalmente la sintesi in fase liquida in situ e il metodo di deposizione in fase vapore.

(1) sintesi in fase liquida in situ

la sintesi in fase liquida in-situ si riferisce alla formazione di nuove sostanze in situ sulla superficie di nanotubi di carbonio in condizioni di fase liquida. queste sostanze sono principalmente ossidi di metalli non ferrosi. utilizzando il rivestimento inorganico sulla superficie dei nanotubi di carbonio, da un lato, l'ossido di metallo e i nanotubi di carbonio possono avere proprietà eccellenti e, d'altro canto, l'energia della superficie di cnt può essere significativamente ridotta, riducendo così il grado di aggregazione. il metodo di cristallizzazione è classificato in cristallizzazione di calcinazione e metodo di cristallizzazione idrotermale.

il metodo di cristallizzazione della calcinazione significa che il precursore dell'ossido di metallo viene convertito in un corrispondente sol in una soluzione acquosa, adsorbito sulla superficie di cnts e calcinato in un ambiente inerte, e la temperatura di calcinazione deve superare la temperatura di transizione di fase dell'ossido di metallo. il vantaggio di questo metodo è che il processo è relativamente semplice.

il metodo di cristallizzazione idrotermica è un metodo relativamente comune nella ricerca di rivestimento inorganico. il vantaggio è che le dimensioni dei materiali ottenuti sono piccole e uniformi. lo svantaggio è che il processo di produzione è complicato.

(2) metodo di deposito di vapore

la deposizione per vapore si riferisce all'introduzione di due o più materie prime gassose in un reattore, facendo sì che le materie prime si scontrino tra loro e subiscano una reazione chimica, preparando così un nuovo materiale e depositandolo sulla superficie del substrato.
i vantaggi della deposizione da vapore sono che la velocità di reazione è veloce e completa e la deposizione è uniforme. è spesso usato per preparare materiali core-shell. i ricercatori hanno usato l'ossido di silicio gassificato per reagire con il monossido di carbonio per formare carburo di silicio beta, e quindi depositato uniformemente sulla superficie del cnts. il rivestimento era uniforme e completo.

hongwu nano offre modifiche superficiali personalizzate su nanotubi di carbonio basati sulla ricca esperienza e sulla tecnologia di vantaggio per migliorare la solubilità e la disperdibilità e ottenere così il risultato migliore nella pratica. per ulteriori informazioni o requisiti, non esitate a contattarci ora!

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