Carbón Nanotubes/Caucho Natural Nanocomposite de la Multi-Pared

Los nanotubes del Carbón (CNTs) exhiben las propiedades mecánicas, electrónicas y magnéticas únicas, que las han hecho ser estudiadas extensamente [1-3]. CNTs es probablemente las substancias más fuertes que existirán nunca con una resistencia a la tensión mayor que el acero, solamente solamente una sexta parte del peso del acero [4]. 1991) primeros de Iijima (descubrieron nanotubes del carbón (CNTs) usando el método del licenciamiento de arco [5,6]. Después de este descubrimiento, se han iniciado varios proyectos de investigación científica y una variedad de métodos se han utilizado para sintetizar CNTs, a saber, licenciamiento de arco, vaporización del laser [7] y deposición de vapor químico catalítica de los hidrocarburos [8-10]. Desde el carbón-carbón que los bonos covalentes son uno del más fuerte de naturaleza, una estructura basada en una ordenación perfecta de estos bonos orientados a lo largo del eje de nanotubes produciría un material excesivamente fuerte. Nanotubes es las estructuras fuertes y resistentes que se pueden doblar y estirar en dimensiones de una variable sin incidente estructural catastrófico en el nanotube [11, 12]. El rival De Young del módulo y de la resistencia a la tensión que del diamante (1 Pascal Tera y ~200 Giga Pascal, respectivamente) [13].

Esta propiedad fantástica de la fuerza mecánica permite que estas estructuras sean utilizadas como materiales que refuerzan posibles. Apenas como tecnología actual de la fibra de carbono, estos nanotubes refuerzan permitirían los materiales muy fuertes y pálidos que se producirán. Estas propiedades de CNTs atrajeron la atención de científicos hacia adentro por todo el mundo porque su alta capacidad para absorber la carga que se aplica a los materiales del nanocomposite [11-13].

los nanotubes Multi-Emparedados del carbón (MWNTs) serán utilizados para preparar nanocomposites del caucho (NR) natural. Nuestro primer esfuerzo de lograr nanostructures en nanocomposites de MWNTs/NR será formado incorporando nanotubes en una solución del polímero y posteriormente evaporando el disolvente. Usando esta técnica, los nanotubes serán dispersados homogéneo en la matriz de NR en un intento por aumentar las propiedades mecánicas de estos nanocomposites. Las propiedades de los compuestos tales como resistencia a la tensión, módulo de tensión y elongación en el interruptor fueron estudiadas.

El reactor de FC-CVD se ha diseñado para producir CNF y CNT. La producción de nanotube del carbón nanofibers/en el actual trabajo ha conducto en un reactor tubular horizontal. El reactor horizontal es un tubo del cuarzo de 50 milímetros de diámetro y de 900 milímetros de largo, calentado por el elemento de calefacción del carburo de silicio. Dos matraces cónicos conectados el uno al otro con el tubo plástico aislado, el uno de ellos para la fuente del hidrocarburo y el otro para la fuente del catalizador fueron colocados antes del reactor tubular. Fueron conectados con el reactor con un inoxidable roban el tubo. El matraz, que contiene el catalizador, fue colocado en una chimenea de la calefacción con un controlador aéreo de temperatura. Dos tipos de gases fueron utilizados en este sistema, el hidrógeno fue utilizado mientras que un gas que reaccionaba y el argón para que contelleaba el aire del sistema, y ambos ellos fueron controlados por un contador de flujo. Un condensador fue colocado después de que el reactor para enfriar la temperatura del enchufe del gas y los materiales tendidos una trampa tal y como se muestra en de los diagramas esquemáticos y del retrato en el cuadro 1.

El proceso de hacer el caucho natural/nanotubes como material del nanompcosite dividió en los cuatro procesos de siguiente.

Esta fase implica la disolución/la dispersión de CNTs en un solvente (en este caso, tolueno) para desenredar los nanotubes que tienden típicamente a aferrarse juntos y a formar los terrones, que llegan a ser muy difíciles de tramitar. Para esto, cierta cantidad de nanotubes del carbón o los nanofibers fue agregada a una determinada cantidad de solución del tolueno después cuidadosamente de pesar (para mantener una relación de transformación de peso específico de nanotubes en la solución). Esta solución fue sonorizada más a fondo usando un sonicator mecánico de la antena (Branson más sonifier), capaz de vibrar en las frecuencias ultrasónicas para inducir una dispersión eficiente de nanotubes o de nanofibers. Para este estudio, diversas soluciones de CNT fueron preparadas (conteniendo CNTs en diversas relaciones de transformación de peso):

i) 1 % peso CNTs que contiene en 10ml de la solución del tolueno

ii) 3 % peso CNTs en 10ml de la solución del tolueno

iii) 5 % peso de CNTs en 10ml de la solución del tolueno

iv) 7 % peso CNTs en 10ml de la solución del tolueno

v) 10 % peso CNTs en 10ml de la solución del tolueno.

Este escenario implica la disolución del Caucho en un disolvente orgánico conveniente (tolueno). Una determinada cantidad de caucho (en este caso, 10 gms) pesado usando un equilibrio fue agregado a cierta cantidad del disolvente orgánico (500 ml de tolueno) de tal modo que mantenía una relación de transformación de peso de goma deseada. Esta mezcla fue revuelta y guardó con certeza la duración del tiempo hasta que el caucho se disolviera uniformemente en el disolvente.

Éste es el paso de progresión final en el proceso de la preparación del derretimiento e implica básicamente la mezcla completa de las soluciones preparadas en los primeros y segundos escenarios, dando por resultado una solución que consista en una buena mezcla de nanotubes en el caucho.

El material del nancomposite (caucho con CNTs) fue prensado usando la prensa y el corte calientes en dimensiones de una variable estándar. Las muestras entonces fueron caracterizadas y las propiedades mecánicas midieron.

En este trabajo de investigación, MWCNTs fue producido usando la deposición de vapor químico del catalizador que conectaba (FC-CVD). Para producir estos materiales de carbón, los átomos de carbón pegan juntos en presencia del catalizador del hierro (FE).

El catalizador del hierro (FE), en formulario de la partícula fue obtenido de la descomposición del ferrocene. Los átomos de carbón producidos de quebrarse del benceno CH₆₆ sirvieron como las materias primas. El producto cerco de la pared del reactor y de los barcos de cerámica, que fueron colocados en el centro del compartimiento de la reacción. El estudio de los efectos de cada parámetro dominante sobre el rendimiento, la pureza, el diámetro medio y la distribución del material de carbón se discuten, no obstante el mayor énfasis fue puesto en CNTs y en un grado inferior CNFs debido a su importancia industrial y aplicabilidad más amplia. Las condiciones de la producción de CNTs puro se han reparado en la temperatura 850°C de la reacción, el flujo 300 ml/min del hidrógeno y el tiempo de reacción 45min. Los diámetros del CNTs fueron variados a partir del 2 nanómetro a 30 nanómetro y la longitud media estaba en el µm 70.

Los nanotubes resultantes del carbón fueron caracterizados extensivamente usando SEM. Cuadro 1 imágenes típicas de SEM de las demostraciones de los nanotubes del carbón. La pureza Elevada, arsenal del nanotube del carbón fue observada en el cuadro 1. La observación de SEM muestra que estos nanotubes del carbón son diez de micrones de largo (hasta 50 micrones) con los diámetros uniformes. La morfología a granel de los nanotubes largos del carbón es película como y orientado. Sin Embargo, las imágenes indican que los productos son limpios a excepción de algunas impurezas del nanoparticle.

TEM fue realizado para caracterizar la estructura de los nanotubes (Cuadro 2). Para preparar muestras de TEM, un poco de alcohol fue caído en la película de los nanotubes, después, estas películas fueron transferidas con un par de pinzas a una matriz de cobre carbón-revestida.

Las imágenes de TEM de nanotubes se presentan en el cuadro 3 (a). Es obvio, de las imágenes que todos los nanotubes son huecos y tubulares en dimensión de una variable. En algunas de las imágenes, las partículas del catalizador se pueden considerar dentro de los nanotubes. Las imágenes de TEM indican que los nanotubes son pureza elevada, con la distribución uniforme del diámetro y no contienen ninguna deformidad en la estructura. Mientras Que cuadro 3 (b) muestra el Microscopio Electrónico De alta resolución de la Transmisión (HRTEM) de los nanotubes del carbón. Muestra que una estructura cristalina altamente pedida de CNT está presente. Las franjas sin obstrucción de hojas grafíticas son separadas bien por 0,34 nanómetros y alineadas con un ángulo inclinado alrededor de 2° hacia el eje del tubo.

En este trabajo de investigación, los nanotubes del carbón fueron empleados pues un nano-refuerzo del interfaz en un carbón comercial avanzado/un compuesto de goma y un éste es tal trabajo ha estado señalado la primera vez. Las predicciones Teóricas de las propiedades mecánicas de los nanotubes del carbón como se describe anteriormente, particularmente sus altas fuerzas previstas (de la orden de 60 GPa) y los módulos (~1 TPa), les hacen a candidatos atractivos como un material de relleno del refuerzo en polímero basó compuestos estructurales. El trabajo experimental Inicial sobre CNT-NR nanotube-reforzado carbón ha demostrado que grande aumente de módulo efectivo y la fuerza se puede obtener con la adición de pequeñas cantidades de nanotubes del carbón.

La dispersión de CNTs en el SMR CV60 fue caracterizada usando Microscopia Electrónica De Transmisión (TEM). Una sección fina de cerca de 100 nanómetro fue cortada con un cuchillo del diamante en -120°C para observar la dispersión de CNTs dentro del caucho. En figura, 4 (a) se ve CNTs corto y largo. Fue mostrado en esta figura que el CNTs homogéneo está distribuido en la matriz de SMR CV60. Sin Embargo, el CNTs está abierto en ambos extremos durante la dispersión del CNTs en el tolueno, usando la vibración de la frecuencia ultrasónica y durante la mezcla de CNTs en el SMR CV60 por el stirring mecánico. La distancia entre el CNTs en la matriz es ancha y ésa los hace orientados bien con poca acción recíproca del interfaz entre ellos. La talla del CNTs en el TEM muestra el diámetro diverso de 2-20nm y la longitud diversa, que pueden ser cortos o de largo. Cuadro 4 (b) muestra la imagen de 3 % peso CNTs, dispersa en la matriz, las orientaciones del CNTs en el SMR CV60 habían llegado a ser orientadas menos y más al azar. La figura también muestra que el CNTs está abierto en el extremo. Cuadro 4 (c, d y e) muestra el CNTs en el CV 60 de SMR en 5, 7, y 10 % peso respectivamente. Las figuras también indican que la orientación del CNTs desempeña un papel muy importante en la tensión y la deformación de la matriz. Otro factor consideraba importante en las propiedades mecánicas es la relación de aspecto; si la relación de aspecto es alta la fuerza del material aumentará.

La curva de tensión-deformación de diversos porcentajes del nanotube puro del carbón (1, 3, 5, 7 y 10 % peso de CNTs) con SMR CV60 se presenta en el cuadro 5. La resistencia a la tensión aumenta radicalmente mientras que la cantidad de concentración de CNTs aumenta. La tendencia general es que el nivel de tensión es aumentado en la adición de CNTs que desempeñe el papel del refuerzo. De estos resultados, se deduce que el efecto que refuerza de CNTs es muy marcado. Mientras Que el contenido de CNT en el caucho aumenta, de tensión del nivel los aumentos gradualmente pero al mismo tiempo la deformación de los nanocomposites disminuyen.

El nivel creciente de tensión era debido a la acción recíproca entre el CNTs y el caucho. Un buen interfaz entre el CNTs y el caucho es muy importante para que un material soporte la tensión. Como se describe anteriormente CNTs es materiales extremadamente fuertes comparados a otros tipos de rellenadores, así haciéndoles a buenos candidatos como nanofillers. Bajo carga, la matriz distribuye la fuerza al CNTs que llevan la mayor parte de la carga aplicada.

El mismo fenómeno fue observado para el Módulo De Young. El módulo de Young de los compuestos normalizados con el de la matriz pura se presenta en el cuadro 6. El resultado indicó que el Módulo de los Jóvenes aumentó con un aumento en la cantidad del CNTs en la formulación. Sin Embargo, en 1 y 3 % peso de CNTs, el incremento del módulo no es tan alto como el de la resistencia a la tensión. El mismo valor del módulo y la resistencia a la tensión fueron observados en 5 % peso de CNTs. Mientras Que en 7 y 10 % peso el módulo era más alto que la resistencia a la tensión.

Los Cuadros 7 muestran la fortaleza del nanocomposite y consideran la cantidad de energía requerida para fracturar un material. La figura muestra eso, aumentando la cantidad de CNTs en el SMR CV60 la energía de la amortiguación necesaria para fracturar los aumentos materiales. Puesto Que la fuerza es proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra, y la deformación se mide en unidades de la distancia (es decir, se estira la distancia la muestra), después la fuerza por la deformación es proporcional a la fuerza por la distancia que a su vez iguala a la energía es decir:

Distancia = energía del × de la fuerza del ~ de la deformación del × de la Fuerza

En resumen, hemos demostrado la fabricación acertada del nanocomposite que consistía en la matriz del Caucho Natural con los nanotubes emparedados Multi del carbón de 1-10 % peso (MWCNTs). Los nanotubes del Carbón eran aplicados para el nano-refuerzo del interfaz en carbón comercial avanzado/compuesto de goma y ésta es la primera tentativa que tal trabajo está señalado. La preparación de los nanocomposites fue realizada por un método solvente del bastidor moldeado usando el tolueno como disolvente. Está sin obstrucción de la figura que la tensión máxima de SMR puro CV60 es 0,2839 MPa. Cuando 1wt % de CNTs fueron agregados al caucho el nivel de tensión para el material del nanocomposite aumentó a partir 0,2839 MPa a 0,56413 MPa. La Adición del % peso CNTs al caucho natural aumentó el nivel de tensión gradualmente tal y como se muestra en del cuadro 5. En 10 % peso de CNTs el valor de la tensión obtenido alcanzó el MPa 2,55 que es 9 veces que del caucho natural puro. El resultado indica eso, aumentando al periodo de CNTs agregó en el caucho la ductilidad disminuida y el material llega a ser más fuerte y más resistente pero al mismo tiempo más quebradizo. La tendencia sin obstrucción observada aquí es que como la carga del nanotube aumenta, la fibra que rompe la deformación disminuye. También muestra que el valor más alto de la deformación fue obtenido para el nanocomposite en 1wt % del CNTs. Este compuesto en este porcentaje es más dúctil y más elástico comparado a otros porcentajes de CNTs. El valor de la deformación en 1wt % casi era lo mismo que para el caucho puro. El valor Mínimo de la deformación fue obtenido en 10 % peso de CNTs; el valor de la deformación disminuido casi 2,5 veces i.e.2.94 comparó al caucho puro que era 7,34.

Los autores agradecido reconocen la intensificación nacional de la investigación en las áreas de prioridad (IRPA) para su ayuda financiera de esta investigación.

    Qian, D., Peto, COMUNIDAD EUROPEA, mecanismos de la transferencia de Andrews, del R., de Rantell, del T., “de la Carga y de la deformación en compuestos del nanotube-poliestireno del carbón”. Appl. Phys. Lett. 76, 2868-2870 (2000).