Έρευνα για τη νέα τεχνολογία υλικών προσελκύει την προσοχή των μελετών σε όλο τον κόσμο. Οι εξελίξεις γίνονται για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των υλικών, αλλά και να βρει εναλλακτικές πρόδρομες ουσίες που μπορεί να προσδώσει επιθυμητές ιδιότητες στα υλικά. Μεγάλο ενδιαφέρον έχει πρόσφατα αναπτυχθεί στην περιοχή των νανοδομημένων υλικών άνθρακα. Νανοδομές άνθρακα γίνονται όλο και μεγάλη εμπορική σημασία με ενδιαφέρον όλο και πιο γρήγορα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας ή έτσι μετά την ανακάλυψη του buckminsterfullerene, οι νανοσωλήνες άνθρακα, και νανοΐνες άνθρακα. Νανοσωλήνες άνθρακα Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) παρουσιάζουν μοναδικά μηχανικές, ηλεκτρονικές και μαγνητικές ιδιότητες, οι οποίες έχουν προκαλέσει τους να μελετηθεί ευρέως [1-3]. CNTs είναι ίσως το ισχυρότερο ουσίες που θα υπάρχουν πάντα με αντοχή σε εφελκυσμό μεγαλύτερη από το ατσάλι, αλλά μόνο το ένα έκτο του βάρους του χάλυβα [4]. Iijima (1991) ανακάλυψαν αρχικά νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του τόξου εκκένωσης [5,6]. Μετά από αυτή την ανακάλυψη, μια σειρά από επιστημονικά ερευνητικά έργα έχουν ήδη ξεκινήσει και μια ποικιλία μεθόδων, που πρέπει να συνθέσουν CNTs, δηλαδή, μονίμως εκκένωση τόξου, εξάτμιση με λέιζερ [7] και καταλυτική χημική εναπόθεση ατμών των υδρογονανθράκων [8-10]. Από άνθρακα-άνθρακα, ομοιοπολικούς δεσμούς είναι μία από τις ισχυρότερες στη φύση, μια δομή που βασίζεται σε μια τέλεια ρύθμιση των ομολόγων αυτών προσανατολισμό κατά μήκος του άξονα των νανοσωλήνων θα παράγει ένα εξαιρετικά ισχυρό υλικό. Οι νανοσωλήνες είναι ισχυρές και ανθεκτικές δομές που μπορεί να καμφθεί και να τεντωθεί σε σχήματα χωρίς καταστροφική αστοχία των δομικών στοιχείων του νανοσωλήνα [11, 12]. Το μέτρο ελαστικότητας του Young και εφελκυστική δύναμη που αντίπαλος του διαμαντιού (1 Tera Pascal και ~ 200 Giga Pascal, αντίστοιχα) [13]. Νανοσωλήνες άνθρακα ως Ενισχύσεις σε Σύνθετα Υλικά Αυτή η εντυπωσιακή ιδιοκτησία της μηχανικής αντοχής επιτρέπει σε αυτές τις δομές που θα χρησιμοποιηθούν όσο το δυνατόν υλικά ενίσχυσης. Ακριβώς όπως την τρέχουσα τεχνολογία οπτικών ινών άνθρακα, αυτές οι νανοσωλήνες ενίσχυση θα επιτρέψει πολύ ισχυρά και ελαφρά υλικά που θα παραχθούν. Αυτές οι ιδιότητες των CNTs προσέλκυσε την προσοχή των επιστημόνων σε όλο τον κόσμο, επειδή υψηλή ικανότητα τους για την απορρόφηση του φορτίου που εφαρμόζεται στα νανοσύνθετων υλικών [11-13]. Πολύτοιχες νανοσωλήνες άνθρακα με βάση Νανοσύνθετων στην παρούσα μελέτη Πολύτοιχες νανοσωλήνες άνθρακα (MWNTs) θα χρησιμοποιηθεί για την προετοιμασία φυσικό καουτσούκ (NR) νανοσύνθετων. Πρώτη προσπάθεια μας να επιτύχουμε νανοδομών σε MWNTs / νανοσύνθετων NR θα διαμορφωθεί με την ενσωμάτωση νανοσωλήνες σε μια λύση πολυμερές και στη συνέχεια εξάτμιση του διαλύτη. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, οι νανοσωλήνες θα είναι διασκορπισμένοι ομοιογενώς στον πίνακα NR σε μια προσπάθεια να αυξήσει τις μηχανικές ιδιότητες αυτών των νανοσύνθετων. Οι ιδιότητες των σύνθετων υλικών, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό, μέτρο ελαστικότητας και επιμήκυνση κατά τη θραύση μελετήθηκαν. Πειραματική Η FC-CVD αντιδραστήρα έχει σχεδιαστεί για να παράγει CNF & CNT. Η παραγωγή των νανοΐνες άνθρακα / νανοσωλήνων στο παρόν έργο έχει διεξαχθεί σε οριζόντια σωληνοειδή αντιδραστήρα. Η οριζόντια αντιδραστήρας είναι ένα σωλήνα χαλαζία των 50 mm σε διάμετρο και 900 mm σε μήκος, θερμαίνεται από καρβίδιο του πυριτίου στοιχείο θέρμανσης. Δύο κωνικές φιάλες συνδέονται μεταξύ τους με ένα μονωμένο σωλήνα πλαστική, ένα από αυτά για την πηγή υδρογονανθράκων και το άλλο για την πηγή καταλύτης είχαν τεθεί πριν από το σωληνοειδή αντιδραστήρα. Ήταν συνδεδεμένη με τον αντιδραστήρα μέσω ενός σωλήνα από ανοξείδωτο κλέψει. Η φιάλη, η οποία περιέχει ο καταλύτης, είχε τοποθετηθεί σε ένα πεζούλι θέρμανση με έναν ελεγκτή θερμοκρασίας. Δύο τύποι των αερίων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το σύστημα, το υδρογόνο χρησιμοποιήθηκε ως αντίδραση του φυσικού αερίου και του αργού για την αναβάθμιση του αέρα από το σύστημα, και οι δύο από αυτούς ελέγχεται από ένα μετρητή ροής. Ένας συμπυκνωτής είχε τοποθετηθεί μετά τον αντιδραστήρα να κρυώσει η θερμοκρασία εξόδου του αερίου και να παγιδευτούν τα υλικά όπως φαίνεται στο σχηματικό διαγράμματα και εικόνα στο σχήμα 1.  | Σχήμα 1. Σχηματικό διάγραμμα των τροποποιημένων FC-CVD. |
Οι νανοσωλήνες άνθρακα προστέθηκαν στο φυσικό καουτσούκ ως υλικό πληρώσεως. Το φυσικό καουτσούκ, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη, είναι ένα πρότυπο της Μαλαισίας Καουτσούκ Constant Ιξώδες 60 (SMR CV 60). Η προετοιμασία των νανοσύνθετων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός διαλύτη μέθοδο χύτευσης με τολουόλιο ως διαλύτη. Οι προστιθέμενες ποσότητες των νανοσωλήνων άνθρακα ήταν 1, 3, 5, 7 και 10% κ.β. των 10 g του συνολικού βάρους. Η διαδικασία της λήψης φυσικό καουτσούκ / νανοσωλήνων ως υλικό nanompcosite χωρίζονται στις εξής τέσσερις διαδικασίες. Διασπορά των νανοσωλήνες Η φάση αυτή περιλαμβάνει τη διάλυση / διασπορά των CNTs σε ένα διαλύτη (στην περίπτωση αυτή, τολουόλιο), προκειμένου να προσδιοριστούν επακριβώς οι νανοσωλήνες που συνήθως έχουν την τάση να προσκολλούνται μεταξύ τους και σχηματίζουν τα τεμάχια, που γίνονται πολύ δύσκολο να διαδικασία. Γι 'αυτό, μια ορισμένη ποσότητα των νανοσωλήνων άνθρακα ή νανοΐνες προστέθηκε σε ένα συγκεκριμένο ποσό του τολουολίου λύση Μετά από προσεκτική εκτίμηση (για να διατηρηθεί μια συγκεκριμένη αναλογία βάρους των νανοσωλήνων στο διάλυμα). Η λύση αυτή περαιτέρω κατεργασία υπερήχων με μια μηχανική συσκευή υπερήχων καθετήρα (Branson sonifier), ικανά να δονούν σε συχνότητες υπερήχων, ώστε να προκαλέσει την αποτελεσματική διασπορά των νανοσωλήνων ή νανοΐνες. Για τη μελέτη αυτή, διαφορετικές λύσεις CNT ήταν προετοιμασμένοι (που περιέχουν CNTs σε διάφορες αναλογίες βάρος): i) 1 wt% που περιέχουν CNTs σε 10ml του τολουολίου λύση ii) 3% κ.β. CNTs σε 10ml τολουολίου λύση iii) 5% κατά βάρος των CNTs σε 10ml του τολουολίου λύση iv) 7 WT CNTs% σε 10ml τολουολίου λύση v) 10 κβ CNTs% σε 10 ml τολουόλιο λύση. Διάλυση του καουτσούκ Αυτό το στάδιο περιλαμβάνει τη διάλυση του ελαστικού σε κατάλληλο οργανικό διαλύτη (τολουόλιο). Ένα συγκεκριμένο ποσό από καουτσούκ (στην περίπτωση αυτή, 10 γρ) ζυγίζονται με μια ισορροπία προστέθηκε σε μια ορισμένη ποσότητα οργανικών διαλυτών (500 ml τολουολίου) διατηρώντας έτσι μια επιθυμητή αναλογία βάρους καουτσούκ. Αυτό το μίγμα ήταν ανακατεμένο και διατηρούνται για ορισμένη χρονική διάρκεια του χρόνου μέχρι το ελαστικό έγινε ομοιόμορφα διαλυθεί στο διαλύτη. Ανάμιξη του καουτσούκ με Λύση νανοσωλήνων Αυτό είναι το τελικό βήμα για την τήξη διαδικασία προετοιμασίας και ουσιαστικά περιλαμβάνει την πλήρη ανάμιξη των λύσεων που εκπονήθηκε στο πρώτο και δεύτερο στάδιο, με αποτέλεσμα μια λύση που αποτελείται από ένα καλό μίγμα των νανοσωλήνων στο καουτσούκ. Πατώντας και δοκιμών Η Δείγμα Το υλικό nancomposite (καουτσούκ με CNTs) πιέστηκε με ζεστό Τύπου και κομμένα σε συνήθη σχήματα. Τα δείγματα στη συνέχεια χαρακτηρίζονται και μηχανικές ιδιότητες μετρηθεί. Αποτελέσματα και Συζήτηση Παραγωγή πολλαπλών νανοσωλήνες άνθρακα Wall (MWCNTs) Σε αυτό το ερευνητικό έργο, MWCNTs παρήχθησαν με τη χρήση πλωτών καταλυτική χημική εναπόθεση ατμών (FC-CVD). Για την παραγωγή αυτών των υλικών του άνθρακα, διοξειδίου του άνθρακα ομολόγων άτομα μαζί με την παρουσία του σιδήρου (Fe), καταλύτη. Ο σίδηρος (Fe), καταλύτη, σε μορφή σωματιδίων, προέρχεται από την αποσύνθεση του σιδηροκενίου. Τα άτομα του άνθρακα που παράγεται από την πυρόλυση του βενζολίου C 6 H 6 υπηρέτησε ως τις πρώτες ύλες. Το προϊόν που συλλέχθηκαν από το τοίχωμα του αντιδραστήρα και την κεραμική βάρκες, οι οποίες είχαν τοποθετηθεί στο κέντρο του θαλάμου αντιδράσεως. Η μελέτη των επιπτώσεων κάθε παράμετρος-κλειδί για την απόδοση, την αγνότητα, η μέση διάμετρο και διανομή του υλικού του άνθρακα που συζητούνται, όμως μεγαλύτερη έμφαση τοποθετήθηκαν σε CNTs και σε μικρότερο βαθμό CNFs λόγω της βιομηχανικής σημασίας τους και της ευρύτερης εφαρμογής. Οι συνθήκες παραγωγής του καθαρού CNTs έχουν καθοριστεί σε θερμοκρασία αντίδρασης 850 ° C, το υδρογόνο ροής 300 45 λεπτά χρόνο ml / min και η αντίδραση. Οι διάμετροι των CNTs διέφεραν από 2 nm σε 30 nm και η μέση διάρκεια ήταν 70 μm. SEM Χαρακτηρισμός Η προκύπτουσα νανοσωλήνες άνθρακα χαρακτηρίζονταν εκτενώς με το SEM. Το σχήμα 1 δείχνει χαρακτηριστικές εικόνες SEM των νανοσωλήνων άνθρακα. Υψηλής καθαρότητας, άνθρακα νανοσωλήνων παρατηρήθηκαν στο σχήμα 1. Η παρατήρηση SEM δείχνει ότι αυτές οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι δεκάδες μικρά καιρό (μέχρι και 50 micron), με ομοιόμορφη διάμετρο. Το μεγαλύτερο μέρος μορφολογία της μακράς νανοσωλήνες άνθρακα είναι σαν ταινία και προσανατολισμό. Ωστόσο, οι εικόνες δείχνουν ότι τα προϊόντα είναι καθαρά με εξαίρεση ορισμένες προσμίξεις νανοσωματιδίων.   | Σχήμα 2. SEM εικόνες από νανοσωλήνες άνθρακα, τη θερμοκρασία αντίδρασης 850 ° C, το υδρογόνο ταχύτητα ροής 300 ml / λεπτό και 45 λεπτά χρόνο αντίδρασης. |
TEM Χαρακτηρισμός TEM έγινε για να χαρακτηρίσει τη δομή των νανοσωλήνων (Σχήμα 2). Για να προετοιμάσετε δείγματα TEM, μερικές αλκοόλ έπεσε στο φιλμ νανοσωλήνων, στη συνέχεια, αυτές οι ταινίες είχαν μεταφερθεί με ένα τσιμπιδάκι σε μια επιχρισμένες με άνθρακα πλέγμα χαλκού. Οι εικόνες TEM των νανοσωλήνων που παρουσιάζονται στο σχήμα 3 (α). Είναι προφανές, από τις εικόνες που όλοι οι νανοσωλήνες είναι κούφια και σωληνοειδή στη μορφή. Σε μερικές από τις εικόνες, τα σωματίδια καταλύτη μπορεί να δει κανείς στο εσωτερικό των νανοσωλήνων. TEM εικόνες δείχνουν ότι οι νανοσωλήνες είναι υψηλής καθαρότητας, με ομοιόμορφη κατανομή διάμετρο και δεν περιέχουν καμία παραμόρφωση στη δομή. Ενώ σχήμα 3 (β) δείχνει την υψηλή ποιότητα μετάδοσης Ανάλυση Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο (HRTEM) των νανοσωλήνων άνθρακα. Δείχνει ότι ένα ιδιαίτερα διέταξε κρυσταλλική δομή της CNT είναι παρούσα. Οι σαφείς παρυφές των φύλλων γραφίτη και χωρίζονται από 0,34 nm και να ευθυγραμμιστεί με την κεκλιμένη γωνία περίπου 2 ° προς τον άξονα του σωλήνα.   | Σχήμα 3. TEM εικόνες των CNTs (α) Χαμηλή ανάλυση (β) σε υψηλή ανάλυση. |
Νανοσωλήνων άνθρακα / Φυσικό Νανοσύνθετων καουτσούκ Σε αυτό το ερευνητικό έργο, οι νανοσωλήνες άνθρακα απασχολούνταν ως διεπαφή νανο-ενίσχυση σε ένα προηγμένο εμπορικό σύνθετα άνθρακα / καουτσούκ και αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτό το έργο δεν έχει αναφερθεί. Θεωρητικές προβλέψεις των μηχανικών ιδιοτήτων των νανοσωλήνων άνθρακα, όπως περιγράφεται παραπάνω, και ιδίως οι προβλέψεις ισχυρών δυνάμεις τους (της τάξης των 60 GPa) και μονάδες (~ 1 TPA), τα καθιστούν ελκυστικά υποψηφίους ως υλικό πλήρωσης ενίσχυση σε πολυμερή βάση δομικών συνθέτων. Αρχικές πειραματικές εργασίες για νανοσωλήνες άνθρακα με ενισχυμένο CNT-NR έχει αποδείξει ότι μεγάλη αύξηση της αποτελεσματικό μέτρο και η δύναμη μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη μικρών ποσοτήτων των νανοσωλήνων άνθρακα. TEM Παρατηρήσεις Η διασπορά των CNTs στο SMR CV60 χαρακτηρίστηκε από χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM). Μια λεπτή φέτα από περίπου 100 nm είχε κοπεί με ένα μαχαίρι διαμάντι σε -120 ° C για να παρατηρούν τη διασπορά των CNTs στο εσωτερικό του ελαστικού. Στο σχήμα, θεωρούνται 4 (α) βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες CNTs. Ήταν φαίνεται σε αυτό το σχήμα ότι οι CNTs ομοιογενώς κατανεμημένη στη μήτρα SMR CV60. Ωστόσο, οι CNTs είναι ανοιχτά και στα δύο άκρα κατά τη διάρκεια της διασποράς των CNTs στο τολουόλιο, με τη χρήση υπερήχων δονήσεις συχνότητα και κατά τη διάρκεια της ανάμειξης των CNTs στο CV60 ΑΣΑ με μηχανική ανάδευση. Η απόσταση μεταξύ των CNTs στη μήτρα είναι μεγάλη και αυτό τους κάνει καλά προσανατολισμένη με μικρή συμμετοχή διασύνδεση μεταξύ τους. Το μέγεθος των CNTs στο TEM δείχνει ποικίλης διαμέτρου από 2-20nm και ποικίλης διάρκειας, η οποία μπορεί να είναι είτε μικρό ή μεγάλο. Σχήμα 4 (β) δείχνει την εικόνα ενός 3% κ.β. CNTs, διασκορπισμένα στη μήτρα, τις κατευθύνσεις της CNTs στην ΑΣΑ CV60 είχε γίνει λιγότερο προσανατολισμένες και πιο τυχαία. Τα στοιχεία δείχνουν επίσης ότι οι CNTs είναι ανοικτά στο τέλος. Σχήμα 4 (γ, δ και ε) δείχνει την CNTs στην ΑΣΑ βιογραφικό 60 στα 5, 7, και 10% κ.β., αντίστοιχα. Τα στοιχεία δείχνουν επίσης ότι ο προσανατολισμός των CNTs παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στο στρες και την ένταση της μήτρας. Ένας άλλος παράγοντας που θεωρείται σημαντικό για τις μηχανικές ιδιότητες είναι η αναλογία? Αν η αναλογία είναι υψηλή η αντοχή του υλικού θα αυξηθεί.    | Σχήμα 4. TEM εικόνα των CNTs σε ΑΣΑ CV60 (α) 1% κ.β. των CNTs (β) 3% κ.β. των CNTs (γ) 5% κ.β. των CNTs (δ) το 7% κ.β. των CNTs και (ε) το 10% κ.β. του CNTs. |
Το άγχος-πίεση καμπύλη των διαφορετικά ποσοστά καθαρού νανοσωλήνων άνθρακα (1, 3, 5, 7 και 10% κ.β. των CNTs) με ΑΣΑ CV60 παρουσιάζεται στο σχήμα 5. Η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνει δραστικά το ποσό των CNTs αυξάνει την συγκέντρωση. Η γενική τάση είναι ότι το επίπεδο στρες αυξάνεται με την προσθήκη των CNTs που παίζει το ρόλο του οπλισμού. Από αυτά τα αποτελέσματα, συνάγεται ότι η ενίσχυση επίδραση των CNTs είναι πολύ έντονες. Δεδομένου ότι το περιεχόμενο CNT στις αυξήσεις καουτσούκ, το επίπεδο στρες αυξάνει σταδιακά, αλλά την ίδια στιγμή το στέλεχος του μειώνεται νανοσύνθετων.  | Εικόνα 5. Τάσεων-παραμορφώσεων των ΑΣΑ CV60 με διαφορετικό ποσοστό των CNTs. |
Η αύξηση του επιπέδου του στρες οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των CNTs και το καουτσούκ. Μια καλή διασύνδεση μεταξύ των CNTs και το λάστιχο είναι πολύ σημαντικό για ένα υλικό να αντέξει την πίεση. Όπως περιγράφεται ανωτέρω CNTs είναι εξαιρετικά ανθεκτικά υλικά σε σύγκριση με άλλους τύπους των υλικών πλήρωσης, έτσι ώστε να είναι καλοί υποψήφιοι όπως nanofillers. Υπό φορτίο, η μήτρα διανέμει τη δύναμη να το CNTs που φέρουν το μεγαλύτερο μέρος της φόρτιση. Επίδραση των CNTs στο μέτρο ελαστικότητας του Young για το βιογραφικό του ΑΣΑ 60. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε για το Μέτρο του Young. Η μέτρο του Young του σύνθετα φυσιολογικό με εκείνη της καθαρής μήτρας παρουσιάζεται στο σχήμα 6. Το αποτέλεσμα έδειξε ότι η Youngs Modulus αυξάνεται με την αύξηση του ποσού των CNTs κατά τη διαμόρφωση. Ωστόσο, σε 1 και 3% κ.β. των CNTs, η αύξηση του μέτρου δεν είναι τόσο υψηλό, όσο αυτό της αντοχής σε εφελκυσμό. Η ίδια τιμή του μέτρου και η αντοχή στον εφελκυσμό παρατηρήθηκαν σε 5% κατά βάρος των CNTs. Ενώ στις 7 και 10% κ.β. το μέτρο ήταν υψηλότερη από την αντοχή σε εφελκυσμό.  | Σχήμα 6. Νέοι Μέτρο ΑΣΑ CV60 σε διαφορετικά ποσοστά των CNTs. |
Επίδραση των CNTs για την απορρόφηση της ενέργειας των ΑΣΑ CV 60 Τα στοιχεία 7 δείχνει την αυστηρότητα των νανοσύνθετων και θεωρεί ότι το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να σπάσουμε ένα υλικό. Τα στοιχεία δείχνουν ότι, με την αύξηση του ποσού των CNTs στο SMR CV60 την ενέργεια της απορρόφησης που απαιτείται για κάταγμα των αυξήσεων υλικό. Δεδομένου ότι η δύναμη είναι ανάλογη της δύναμης που απαιτείται για να σπάσει το δείγμα, και στέλεχος μετριέται σε μονάδες της απόστασης (δηλαδή, την απόσταση που το δείγμα είναι τεντωμένο), τότε δύναμη στέλεχος φορές είναι ανάλογη της δύναμης φορές την απόσταση η οποία με τη σειρά της ισούται με την ενέργεια, δηλαδή: Αντοχή × στέλεχος ~ δύναμη Χ = απόσταση ενέργειας |