Karbon Nanotüp Dispersiyonu (CNT)

Karbon Nanotüp Dispersiyonu (CNT)

Karbon nanotüp dağılımı güçlü ve esnektir fakat çok uyumludur. Su, etanol, yağ, polimer veya epoksi reçinesi gibi sıvıların içine dağılması zordur. Karbon nanotüpler (CNT), yapıştırıcılar, kaplamalar ve polimerler ve elektrikli ekipmanlarda ve elektrostatik olarak ağrılı otomobil gövde panellerindeki statik yükleri dağıtmak için plastik içinde elektriksel olarak iletken dolgu maddeleri olarak kullanılır.

Nanotüplerin kullanımıyla, polimerler sıcaklıklara, sert kimyasallara, aşındırıcı ortamlara, aşırı basınçlara ve aşınmaya karşı daha dirençli hale getirilebilir. İki adet karbon nanotüp kategorisi vardır: Tek duvarlı nanotüpler (SWNT) ve çok duvarlı nanotüpler (MWNT).

Şu anda iki yaklaşım karbon nanotüp dağılımında yaygın olarak kullanılmaktadır – mekanik yaklaşım ve kimyasal yaklaşım. Mekanik yaklaşım, ultrasonication ve yüksek kesme karıştırma içerir. Bu süreçler zaman alıcı ve daha az verimlidir. Dahası, ultrasonikasyon, CNT’lerin parçalanmalarına yol açarak, en-boy oranlarını düşürür. Bunun yanı sıra, dağılımın stabilitesi zayıftır. Öte yandan, kimyasal yaklaşım hem kovalent hem de kovalent olmayan yöntemleri içerir. Kovalent yöntemler, çözücülerdeki çözünürlüğü geliştirmek için çeşitli kimyasal kısımlarla fonksiyonelleştirmeyi içerir.

Bununla birlikte, yüksek sıcaklıkta agresif kimyasal fonksiyonalizasyon, nanotüp yüzeyinde kusurlar yaratır ve sonuç olarak karbon nanotüplerin elektriksel özelliklerini değiştirir. Tersine, kovalent olmayan bir yaklaşım, kimyasal yarımların nanotüp yüzeyine adsorpsiyonunu, ya DNA, şarj edilmemiş yüzey aktif cisimleri, vb. Gibi π-π istifleme etkileşimi yoluyla ya da yüklü kimyasal parçalar durumunda koulomb çekimi yoluyla adsorbe etmeyi içerir. Kovalent olmayan yaklaşım, karbon nanotüplerin elektriksel özelliklerini koruyarak grafen π-elektron bulutunu değiştirmemesi bakımından üstündür.

CNT’lerin özellikleri

CNT’lerin kimyasal bağlanması tamamen sp 2 karbon-karbon bağlarından oluşmaktadır. Bu birleştirme yapısı – pırlantada bulunan sp 3 bağlarından daha güçlüdür – CNT’lere son derece yüksek mekanik özellikler sağlar. CNT’lerin mekanik özelliklerinin mevcut herhangi bir malzemeden daha yüksek olduğu iyi bilinmektedir. CNT’lerin tam mekanik özellikleri konusunda bir fikir birliği olmamasına rağmen, teorik ve deneysel sonuçlar, Young modülünün 1.2 TPa kadar yüksek ve 50–200 GPa’lık gerilme gücüne sahip CNT’lerin olağandışı mekanik özelliklerini göstermiştir. Bunlar CNT’leri dünyadaki en güçlü ve en sert malzemeleri yapar. CNT’ler ile bağlantılı istisnai mekanik özelliklere ek olarak, diğer yararlı fiziksel özelliklere ve kimyasal özelliklere de sahiptirler.

Karbon Nanotüp Dispersiyonu Uygulamaları

CNT’ler plastiklere alev geciktirici bir katkı maddesi olarak kullanılabilir; Bu etki esas olarak nanotüp yüklemesi ile reolojideki değişikliklere atfedilir. Bu nanotüp katkı maddeleri, çevresel düzenlemeler nedeniyle kısıtlı kullanımları olan halojenli alev geciktiricilerin yerine ticari olarak caziptir. Karbon Nanotüp Dispersiyonunun diğer bazı ticari uygulamaları şunlardır:

Kaplamalar ve Filmler

Karbon Nanotüplerin Dağılımı Dağılım, işlevselleştirme ve geniş alan biriktirme teknikleri, CNT’ler çok işlevli bir kaplama malzemesi olarak ortaya çıkmaktadır. Örneğin, MWNT içeren boyalar, yosunların ve karıncaların bağlanmasını engelleyerek gemi gövdelerinin biyolojik kirlenmesini azaltır. Çevreye zararlı biyosid içeren boyalar için olası bir alternatiftir. Metaller için antikorozif kaplamalarda CNT’lerin dahil edilmesi, katodik koruma için bir elektrik yolu sağlarken, kaplama sertliği ve mukavemetini arttırabilir. Yaygın gelişme, CNT bazlı şeffaf iletken filmlere indiyum kalay oksit (ITO) alternatif olarak devam ediyor. Bir endişe, ekranlar, dokunmatik ekranlı cihazlar ve fotovoltaik için artan talep ile birleştiğinde, indiyumun kıtlığı nedeniyle ITO’nun daha pahalı hale gelmesidir. Maliyet yanında, CNT şeffaf iletkenlerin esnekliği, esnek ekranlar için kırılgan ITO kaplamaları üzerinde büyük bir avantajdır. Ayrıca, şeffaf CNT iletkenleri çözeltiden (ör., Slot-kalıp kaplama, ultrasonik spreyleme) biriktirilebilir ve uygun maliyetli litografik olmayan yöntemlerle (ör., Serigrafi, mikro çizme) modellenebilir.

Enerji Depolama ve Çevre

CNT’ler, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları için büyük bir ticari başarıya işaret eden lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu bataryalarda, küçük miktarlarda MWNT tozu, aktif malzemeler ve LiCo02 katotlarında 1 ağırlık yüzdesi CNT yükleme ve grafit anotlar gibi bir polimer bağlayıcı ile karıştırılır. CNT’ler, hız kabiliyetini ve döngü ömrünü arttıran artan elektriksel bağlantı ve mekanik bütünlük sağlar. Birçok yayın, normal elektrot materyallerinin ağırlığına göre normalizasyonun olduğu, paketlenmemiş piller ve süper kapasitörler için gravimetrik enerji depolama ve güç yoğunluklarını bildirmektedir. Aktif materyaller için düşük yoğunluklu yoğunlukların sık kullanımı, bu tür gravimetrik performans ölçümlerinin paketlenmiş hücreler ile olan ilişkisini nasıl değerlendirdiğini zorlaştırır,

Biyoteknoloji

CNT’lerin biyosensörlerin ve tıbbi cihazların bileşenleri olarak devam eden ilgisi, CNT’lerin DNA ve proteinler gibi biyomoleküller ile boyutsal ve kimyasal uyumluluğu ile motive olmaktadır. Aynı zamanda CNT’ler, flüoresan ve foto akustik görüntülemenin yanı sıra, yakın kızıl ötesi radyasyon kullanarak lokal ısıtma sağlar. SWNT biyosensörleri, tipik olarak CNT yüzeyindeki bir hedefin adsorpsiyonu ile modüle edilen, çevre ortamına tepki olarak elektriksel empedans ve optik özelliklerde büyük değişiklikler sergileyebilir. Düşük algılama sınırları ve yüksek seçicilik, CNT yüzeyinin (örneğin, fonksiyonel gruplar ve kaplamalar) ve uygun sensör tasarımının (ör., Alan etkileri, kapasitans, Raman spektral vardiyalar ve fotolüminesans) mühendislik gerektirir.