Abstrakt Innledning Karbon Nanorør Carbon Nanorør som Forsterkninger i komposittmaterialer Multi-Walled Carbon Nanotube-Based Nanocomposites i denne studien Eksperimentell Spredning av Nanorør Oppløsning av gummi Blanding av gummi med Nanotube Solution Trykk og Testing Sample Karbon Nanorør Karbon nanorør (CNTs) viser unike mekaniske, elektroniske og magnetiske egenskaper, har noe som fikk dem til å være mye studert [1-3]. CNTs er trolig den sterkeste stoffene som noensinne vil eksistere med en strekkstyrke større enn stål, men bare en sjettedel av vekten av stål [4]. Iijima (1991) først oppdaget karbon nanorør (CNTs) ved hjelp arc utslipp metode [5,6]. Etter denne oppdagelsen, har en rekke vitenskapelig forskningsprosjekter er igangsatt og en rekke metoder har blitt brukt til å syntetisere CNTs, nemlig arc utflod, laser fordamping [7] og katalytisk kjemisk damp deponering av hydrokarboner [80-10]. Siden karbon-karbon kovalente bindinger er en av de sterkeste i naturen, en struktur basert på en perfekt ordning av disse obligasjonene orientert langs aksen av nanorør vil produsere en meget sterkt materiale. Nanorør er sterke og elastiske strukturer som kan bøyes og strekkes i figurene uten katastrofal strukturell svikt i nanorør [11, 12]. Den Youngs modulus og strekkstyrke rival at av diamant (1 Tera Pascal og ~ 200 Giga Pascal, henholdsvis) [13]. Carbon Nanorør som Forsterkninger i komposittmaterialer Denne fantastiske eiendommen til mekanisk styrke gjør disse strukturene kan brukes som mulig forsterkende materialer. Akkurat som dagens karbon fiber teknologi, disse nanorør forsterke ville tillate veldig sterke og lette materialer som skal produseres. Disse egenskapene til CNTs tiltrakk seg oppmerksomheten til forskere i hele verden fordi deres høye evne til å absorbere belastningen som påføres nanocomposite materialer [11-13]. Multi-Walled Carbon Nanotube-Based Nanocomposites i denne studien Multi-vegger karbon nanorør (MWNTs) vil bli brukt til å forberede naturgummi (NR) nanocomposites. Vårt første forsøk på å oppnå nanostrukturer i MWNTs / NR nanocomposites vil bli dannet ved å innlemme nanorør i en polymer løsning og deretter fordamper væsken. Ved hjelp av denne teknikken, vil nanorør bli spredt homogent i NR matrisen i et forsøk på å øke de mekaniske egenskapene til disse nanocomposites. Egenskapene til kompositter som strekkstyrke, strekk modulus og bruddforlengelse ble studert. Eksperimentell FC-CVD Reaktoren er konstruert for å produsere CNF & CNT. Produksjonen av karbon nanofibers / nanorør i dette arbeidet har vært gjennomført i en horisontal rørformet reaktor. Den horisontale reaktoren er en kvarts rør på 50 mm i diameter og 900 mm i lengde, oppvarmet av silisiumkarbid varmeelement. To koniske flasker koblet til hverandre med en isolert plastslange, en av dem for hydrokarbon kilde og den andre for katalysatoren kilden ble plassert før rørformet reaktor. De var knyttet til reaktoren gjennom et rustfritt stål pipe. Den kolbe, som inneholder katalysator, ble plassert på en oppvarming Mantel med en temperatur kontrolleren. To typer gasser ble brukt i dette systemet, ble hydrogen brukt som reagerer gass og argon for blinkende luften fra systemet, og begge ble kontrollert av en strømningsmåler. Ett kondensator ble plassert etter at reaktoren for å kjøle ned gassen uttaket temperatur og entrapped materialer som vist i den skjematiske diagrammer og bilde i figur 1.  | Figur 1. Skjematisk diagram av modifisert FC-CVD.   | Figur 3. TEM-bilder av CNTs (a) Lav oppløsning (b) Høy oppløsning. |
Carbon Nanotube / Naturgummi Nanocomposites I dette forskningsarbeidet, var karbon nanorør ansatt som et grensesnitt nano-forsterkning i en avansert kommersielle karbon / gummi kompositt og dette er første gang slikt arbeid har blitt rapportert. Teoretiske forutsigelser av de mekaniske egenskapene til karbon nanorør som beskrevet ovenfor, særlig deres spådd høye styrker (i størrelsesorden 60 GPa) og moduler (~ 1 TPA), gjør dem til attraktive kandidater som forsterkning filler materiale i polymer basert strukturelle kompositter. Initial eksperimentelt arbeid på karbon nanorør-forsterket CNT-NR har vist at stor økning i effektiv modulus og styrke kan fås med tilsetning av små mengder karbon nanorør. TEM Observasjoner Spredningen av CNTs i SMR CV60 var preget av å bruke transmisjonselektronmikroskopi (TEM). En tynn del av ca 100 nm ble kuttet med en diamant kniv ved -120 ° C for å observere spredning av CNTs inne i gummi. I figur, er 4 (a) korte og lange CNTs sett. Det ble vist i denne figuren at CNTs er homogent fordelt i SMR CV60 matrise. Men CNTs er åpne i begge ender under spredning av CNTs inn i toluen, bruker ultrasonisk frekvens vibrasjoner og under miksingen av CNTs i SMR CV60 med mekanisk omrøring. Avstanden mellom CNTs i matrisen er bred og som gjør dem godt orientert med liten grensesnitt samspillet mellom dem. Størrelsen på CNTs i TEM viser varierende diameter fra 2-20Nm og varierende lengde, som kan være enten kort eller lang. Figur 4 (b) viser bildet av en 3 vekt% CNTs, spredt i matrisen, hadde orientering av CNTs i SMR CV60 bli mindre orientert og mer tilfeldig. Figuren viser også at CNTs er åpne på slutten. Figur 4 (c, d og e) viser CNTs i SMR CV 60 på 5, 7 og 10 vekt% hhv. Tallene tyder også på at orienteringen av CNTs spiller en svært viktig rolle i stress og belastning av matrisen. En annen faktor ansett som viktig på de mekaniske egenskapene er sideforholdet, hvis størrelsesforholdet er høy styrken på materialet vil øke.    | Figur 4. TEM bilde av CNTs i SMR CV60 (a) 1 wt% av CNTs (b) 3 vekt% av CNTs (c) 5 vekt% av CNTs (d) 7 vekt% av CNTs og (e) 10 vekt% av CNTs. |
Den stress-belastning kurve av ulike prosenter av rent karbon nanorør (1, 3, 5, 7 og 10 vekt% av CNTs) med SMR CV60 er vist i figur 5. Strekkfasthet øker radikalt som mengden av CNTs konsentrasjonen øker. Den generelle tendensen er at stressnivået er økt med tillegg av CNTs som spiller rollen som armering. Fra disse resultatene, er det utledes at den forsterkende effekten av CNTs er svært markert. Som CNT innholdet i gummi øker, øker stressnivået gradvis, men samtidig belastningen på nanocomposites synker.  | Figur 5. Stress-stamme av SMR CV60 med ulik prosentandel av CNTs. |
Det økte nivået av stress skyldtes samspillet mellom CNTs og gummi. Et godt grensesnitt mellom CNTs og gummi er svært viktig for et materiale for å tåle stress. Som beskrevet ovenfor CNTs er svært sterke materialer i forhold til andre typer fyllstoff, og dermed gjør dem til gode kandidater som nanofillers. Under belastning, distribuerer matrise kraften til CNTs som bærer det meste av den anvendte belastningen. Effekt av CNTs på Youngs modulus av SMR CV 60 år. Samme fenomen ble observert for Youngs Modulus. Den unge har modulus av kompositter normalisert med at av den rene matrisen er presentert i figur 6. Resultatet indikerte at Youngs Modulus økt med en økning i mengden av CNTs i formuleringen. Men, ved 1 og 3 vekt% av CNTs, er tilveksten av modulen ikke så høy som i strekkfasthet. Den samme verdien av elastisitet og strekkfasthet ble observert ved 5 vekt% av CNTs. Mens ved 7 og 10 vekt% modulen var høyere enn strekkstyrke.  | Figur 6. Young Modulus av SMR CV60 på ulike prosentandel av CNTs. |
Effekt av CNTs på Energy Absorpsjon av SMR CV 60 Tall 7 viser seighet av nanocomposite og vurderer hvor mye energi som kreves for å brudd et materiale. Figuren viser at ved å øke mengden av CNTs i SMR CV60 energi absorpsjon for å brudd materialet øker. Siden styrke er proporsjonal med kraften som er nødvendig for å bryte prøven, og belastningen er målt i enheter av avstand (dvs. avstanden prøven er strukket), er da styrken ganger belastning proporsjonal kraft ganger avstand som igjen tilsvarer energi dvs.: Styrke × belastning ~ kraft × distanse = energi |  | Figur 7. Viser seighet som funksjon av vekt% av CNTs. |
Generelt, stress øker med mengden av CNTs 1-10 vekt%. Dette innebærer derfor en økning i energi som kreves for å brudd materialet. Men det var en ubetydelig reduksjon i belastningen på 1 og 3 vekt% antyder at duktilitet ble nærmest bevart på disse prosenter. Den observerte nedgangen i belastning vist i figur 5-10 vekt% har ingen effekt på den totale styrken av karbon nanorør på grunn av den mye høyere økning i stivhet. Som vist i figuren energi av absorpsjon ved 1,3,5,7 og 10 vekt% viser en generell trend med økt stivhet med økning i energi, som er 0,24, 0,38, 4,7, 10 og 24 J henholdsvis i forhold til ren som er 0,12 J. Denne økningen kan tilskrives den forsterkende eiendom karbon nanorør som i sin tur øker styrken av gummi. Konklusjon I sammendraget har vi demonstrert den vellykkede fabrikasjon av nanocomposite bestående av naturgummi matrise med 1-10 vekt% Multi vegger karbon nanorør (MWCNTs). Karbon nanorør ble brukt for grensesnitt nano-forsterkning i avanserte kommersielle karbon / gummi kompositt og dette er det første forsøket et slikt arbeid er rapportert. Utarbeidelsen av nanocomposites ble utført av et løsemiddel casting metode med toluen som løsemiddel. Det er klart fra figuren at maksimal stresset av ren SMR CV60 er 0.2839 MPa. Når 1wt% av CNTs ble lagt til i gummi stress nivå for nanocomposite materialet økt fra 0,2839 MPa til 0,56413 MPa. Tilsetting av WT% CNTs til naturgummi økt stress nivå etter hvert som vist i figur 5. Ved 10 vekt% av CNTs stress verdien innhentet nådd 2,55 MPa som er 9 ganger av ren naturgummi. Resultatet viser at ved å øke mengden av CNTs lagt inn i gummi i duktilitet redusert og materialet blir sterkere og tøffere, men samtidig mer sprø. Den klare trenden her er at så nanorør belastningen øker, reduseres fiber bryte belastningen. Det viser også at den høyeste belastningen verdien ble anskaffet for nanocomposite ved 1wt% av CNTs. Dette sammensatte på denne andelen er mer formbart og mer elastisk i forhold til andre prosenter av CNTs. Presset verdi på 1wt% var nesten den samme som for ren gummi. Minimum belastning verdien ble oppnådd ved 10 vekt% av CNTs; belastningen verdi gikk ned nesten 2,5 ganger dvs. 2,94 i forhold til rene gummi som var 7,34. Bekreftelse Forfatterne ønsker å takke for den nasjonale intensivering av forskning innen prioriterte områder (IRPA) for sin økonomiske støtte til denne forskningen.
Date Added: Nov 29, 2005
Last Update: 9. October 2011 17:18
|
|