Pesquisa sobre tecnologia de novos materiais está atraindo a atenção de estudos em todo o mundo. Desenvolvimentos estão sendo feitos para melhorar as propriedades dos materiais e também para encontrar precursores alternativa que pode oferecer propriedades desejáveis em materiais. Grande interesse recentemente desenvolvidos na área de materiais de carbono nanoestruturados. Nanoestruturas de carbono estão se tornando de grande importância comercial considerável com juros cada vez mais rapidamente ao longo da década, mais ou menos desde a descoberta do buckminsterfulereno, nanotubos de carbono, e nanofibras de carbono. Os nanotubos de carbono Nanotubos de carbono (CNT) mostra única propriedades mecânicas, eletrônicas e magnéticas, que lhes causou a ser amplamente estudados [1-3]. Nanotubos de carbono são provavelmente os mais fortes substâncias que venha a existir com uma força de tensão maior do que o aço, mas apenas um sexto do peso de aço [4]. Iijima (1991) descoberto pela primeira vez os nanotubos de carbono (CNT) utilizando o método de descarga de arco [5,6]. Após esta descoberta, uma série de projetos de pesquisa científica foram iniciadas e uma variedade de métodos têm sido utilizados para sintetizar os nanotubos de carbono, ou seja, descarga de arco, vaporização a laser [7] e deposição química a vapor catalítico de hidrocarbonetos [8-10]. Desde carbono-carbono ligações covalentes são um dos mais fortes na natureza, uma estrutura baseada em um arranjo perfeito destes títulos orientada ao longo do eixo de nanotubos iria produzir um material extremamente forte. Os nanotubos são estruturas fortes e resistentes que podem ser dobradas e esticadas em formas sem falha estrutural catastrófico na nanotubos [11, 12]. Módulo de elasticidade e resistência à tração que rival de diamante (1 Tera Pascal e ~ 200 Giga Pascal, respectivamente) [13]. Nanotubos de carbono como reforço em Materiais Compósitos Esta propriedade fantástica de resistência mecânica permite que estas estruturas a serem utilizadas como possíveis materiais de reforço. Assim como a tecnologia atual de fibra de carbono, esses nanotubos reforçar permitiria materiais muito forte e luz para ser produzido. Estas propriedades de nanotubos de carbono atraiu a atenção de cientistas em todo o mundo porque a sua alta capacidade para absorver a carga que é aplicada a materiais nanocompósitos [11-13]. Multi-Walled de nanotubos de carbono baseados em nanocompósitos Este Estudo Nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs) será usado para preparar borracha natural (NR) nanocompósitos. Nosso primeiro esforço para alcançar nanoestruturas em MWNTs / NR nanocompósitos será formada pela incorporação de nanotubos em uma solução de polímero e, posteriormente, a evaporação do solvente. Usando esta técnica, os nanotubos serão distribuídos homogeneamente na matriz de NR, em uma tentativa para aumentar as propriedades mecânicas desses nanocompósitos. As propriedades dos compósitos, tais como resistência à tração, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura foram estudados. Experimental O reator FC-CVD foi projetado para produzir CNF e CNT. A produção de nanofibras de carbono / nanotubo no presente trabalho foi realizado em um reator horizontal tubular. O reator horizontal é um tubo de quartzo de 50 mm de diâmetro e 900 mm de comprimento, aquecida por silício elemento de aquecimento de metal duro. Dois Erlenmeyers ligados uns aos outros com um tubo de plástico isolado, um deles para a fonte de hidrocarbonetos e outro para a fonte de catalisador foram colocadas antes do reator tubular. Eles estavam ligados ao reator através de um tubo roubar inoxidável. O frasco, que contém o catalisador, foi colocado em um manto de aquecimento com um controlador de temperatura. Dois tipos de gases foram utilizados neste sistema, hidrogênio foi utilizado como gás de reação e argônio para piscar o ar do sistema, e ambos eram controlados por um medidor de fluxo. Um condensador foi colocado após o reator para esfriar a temperatura de saída de gás e materiais preso, como mostrado na diagramas esquemáticos e foto na figura 1.  | Figura 1. Esquema do FC modificado-CVD. |
Os nanotubos de carbono foram adicionados à borracha natural como um enchimento. A borracha natural, que foi usado neste estudo, é uma viscosidade padrão de borracha da Malásia Constante 60 (SMR CV 60). A preparação dos nanocompósitos foi realizado usando um método de fundição solvente usando tolueno como solvente. Os montantes adicionados dos nanotubos de carbono foram de 1, 3, 5, 7 e 10% em peso de 10 gramas do peso total. O processo de tomada de borracha natural / nanotubos como material nanompcosite dividido em quatro processos seguintes. Dispersão de nanotubos Esta fase envolve a dissolução / dispersão de nanotubos de carbono em um solvente (neste caso, tolueno), a fim de separar os nanotubos que normalmente tendem a se unem e formam nódulos, que se tornam muito difíceis de processar. Para isso, uma certa quantidade de nanotubos de carbono ou nanofibras foi adicionada a uma quantidade específica de solução de tolueno, após pesar cuidadosamente (a fim de manter uma relação peso específico de nanotubos em solução). Esta solução foi mais sonicado usando um sonicador sonda mecânica (Branson sonifier), capaz de vibrar em freqüências ultra-sônicas, a fim de induzir a uma dispersão eficiente de nanotubos ou nanofibras. Para este estudo, diferentes soluções foram preparadas CNT (contendo nanotubos de carbono em diversas relações de peso): i) 1 wt% contendo nanotubos de carbono em 10ml de solução de tolueno ii) 3 wt CNTs% em 10ml de solução de tolueno iii) 5% em peso de nanotubos de carbono em 10ml de solução de tolueno iv) 7% em peso de nanotubos de carbono em 10ml de solução de tolueno v) 10% em peso de nanotubos de carbono em 10ml de solução de tolueno. Dissolução da Borracha Esta etapa envolve a dissolução da borracha em um solvente orgânico adequado (tolueno). A quantidade específica de borracha (neste caso, 10 gramas) pesados em balança foi adicionado a uma certa quantidade de solvente orgânico (500 ml de tolueno), mantendo assim uma relação peso desejado de borracha. Esta mistura foi agitada e mantida por certo período de tempo até que a borracha tornou-se uniformemente dissolvido no solvente. Mistura de borracha com solução Nanotube Este é o passo final no processo de preparação derreter e envolve basicamente a mistura completa das soluções preparadas no primeiro e segundo estágios, resultando em uma solução que consiste em uma boa mistura de nanotubos na borracha. Pressionando e Testando o exemplo O material nancomposite (borracha com nanotubos de carbono) foi pressionado utilizando prensagem a quente e corte em formatos padrão. As amostras foram então caracterizadas e propriedades mecânicas medido. Resultados e Discussão Produção de Nanotubos de Carbono Multi-Wall (MWCNTs) Neste trabalho de pesquisa, MWCNTs foram produzidos usando flutuante catalisador deposição de vapor químico (CVD-FC). Para produzir esses materiais de carbono, bond átomos de carbono, juntamente na presença de catalisador de ferro (Fe). Catalisador de ferro (Fe), em forma de partículas foi obtida a partir da decomposição do ferroceno. Os átomos de carbono produzido a partir da quebra de benzeno C 6 H 6 serviu como matérias-primas. O produto foi coletado a partir da parede do reator e os barcos de cerâmica, que foram colocados no centro da câmara de reação. O estudo dos efeitos de cada parâmetro chave no rendimento, diâmetro pureza, média e distribuição do material de carbono são discutidos, porém maior ênfase foram colocados em nanotubos de carbono e um CNFs menor escala devido à sua importância industrial e maior aplicabilidade. As condições de produção de nanotubos de carbono puro que foi fixada em temperatura de reação a 850 ° C, taxa de fluxo de hidrogênio 300 45min tempo ml / min e reação. Os diâmetros dos nanotubos de carbono foram variou de 2 nm a 30 nm eo comprimento médio foi de 70 mM. Caracterização SEM Os nanotubos de carbono resultantes foram caracterizados extensivamente usando SEM. A Figura 1 mostra imagens típicas SEM de nanotubos de carbono. Alta pureza, conjunto de nanotubos de carbono foram observadas na figura 1. A observação SEM mostra que esses nanotubos de carbono são dezenas de micrômetros de comprimento (até 50 mícrons) de diâmetro uniforme. A morfologia maior parte dos nanotubos de carbono são muito filme como e orientada. No entanto, as imagens indicam que os produtos estão limpos, exceto para algumas impurezas de nanopartículas.   | Figura 2. Imagens SEM de nanotubos de carbono de reação 850 ° C de temperatura, taxa de fluxo de hidrogênio 300 ml / min e 45min tempo de reação. |
Caracterização TEM TEM foi realizado para caracterizar a estrutura dos nanotubos (Figura 2). Para preparar amostras TEM, um pouco de álcool foi lançada sobre o filme nanotubos, então, esses filmes foram transferidos com um par de pinças para um carbono revestido grade de cobre. As imagens TEM de nanotubos são apresentados na figura 3 (a). É óbvio, a partir das imagens que todos os nanotubos são ocos e tubulares em forma. Em algumas das imagens, as partículas do catalisador pode ser visto no interior dos nanotubos. TEM imagens indicam que os nanotubos são de alta pureza, com distribuição de diâmetro uniforme e não contêm deformidade na estrutura. Enquanto a figura 3 (b) mostra o High Resolution Microscópio Eletrônico de Transmissão (HRTEM) dos nanotubos de carbono. Isso mostra que uma estrutura altamente cristalino ordenado da CNT está presente. As franjas claras de folhas de grafite são bem separados por 0,34 nm e alinhada com um ângulo inclinado de cerca de 2 ° em direção ao eixo do tubo.   | Figura 3. TEM imagens de nanotubos de carbono (a) de baixa resolução resolução (b) alta. |
Nanotubos de carbono / Nanocompósitos de Borracha Natural Neste trabalho de pesquisa, os nanotubos de carbono foram empregados como uma interface nano-reforço em um avançado composto de carbono / borracha comercial e esta é a primeira vez que esse trabalho tem sido relatada. Previsões teóricas das propriedades mecânicas de nanotubos de carbono, como descrito acima, em particular os seus pontos fortes previu alta (da ordem de 60 GPa) e módulos (~ 1 TPA), torná-los fortes candidatos como um material de enchimento de reforço na base de polímeros compósitos estruturais. Trabalhos experimentais iniciais sobre nanotubos de carbono reforçado CNT-NR demonstrou que grande aumento no módulo de força eficaz e pode ser obtido com a adição de pequenas quantidades de nanotubos de carbono. Observações TEM A dispersão de nanotubos de carbono na CV60 SMR foi caracterizado por meio de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Uma seção fina de cerca de 100 nm foi cortado com uma faca de diamante em -120 ° C para observar a dispersão de nanotubos de carbono dentro da borracha. Na figura, 4 (a) CNTs curtos e longos são vistos. Foi mostrado nesta figura que a CNT está homogeneamente distribuído na matriz CV60 SMR. No entanto, os nanotubos de carbono são abertos em ambas as extremidades durante a dispersão dos nanotubos de carbono para o tolueno, usando vibrações de freqüência ultra-som e durante a mistura de nanotubos de carbono na CV60 SMR por agitação mecânica. A distância entre os CNTs na matriz é ampla e que os torna bem orientado com a interação de interface pouco entre eles. O tamanho da CNT no TEM mostra variando diâmetro de 2-20nm e comprimento variável, que pode ser curta ou longa. Figura 4 (b) mostra a imagem de um 3 CNTs% em peso, dispersos na matriz, as orientações da CNT no CV60 SMR haviam se tornado menos orientados e mais aleatória. A figura também mostra que os nanotubos de carbono são abertas no final. Figura 4 (c, d e e) mostra os nanotubos de carbono no CV SMR 60, 5, 7 e 10% em peso, respectivamente. Os números também indicam que a orientação dos nanotubos de carbono desempenha um papel muito importante no estresse e tensão da matriz. Outro fator considerado importante nas propriedades mecânicas é a relação de aspecto, se a proporção é elevada a resistência do material aumentará.    | Figura 4. TEM imagem de nanotubos de carbono em SMR CV60 (a) 1% em peso de nanotubos de carbono (b) 3% em peso de nanotubos de carbono (c) 5% em peso de nanotubos de carbono (d) 7% em peso de nanotubos de carbono e (e)% em peso de 10 nanotubos de carbono. |
A curva de tensão-deformação de diferentes porcentagens de nanotubos de carbono puro (1, 3, 5, 7 e 10% em peso de nanotubos de carbono) com SMR CV60 é apresentado na figura 5. A resistência à tração aumenta radicalmente como a quantidade de nanotubos de carbono aumenta a concentração. A tendência geral é que o nível de estresse é aumentada pela adição de nanotubos de carbono que desempenha o papel de reforço. A partir desses resultados, deduz-se que o efeito reforçador de nanotubos de carbono é muito acentuada. Como o conteúdo CNT nos aumentos de borracha, o nível de estresse aumenta gradualmente, mas, ao mesmo tempo, a tensão dos nanocompósitos diminui.  | Figura 5. Tensão-deformação de SMR CV60 com diferentes percentuais de nanotubos de carbono. |
O aumento do nível de estresse foi devido à interação entre os nanotubos de carbono e da borracha. Uma boa interface entre a CNT ea borracha é muito importante para um material para suportar o stress. Como descrito acima Nanotubos de carbono são materiais extremamente forte comparado a outros tipos de cargas, tornando-os bons candidatos como cargas nanométricas. Sob carga, a matriz distribui a força para a CNT, que carregam a maior parte da carga aplicada. Efeito de nanotubos de carbono sobre o módulo de elasticidade da SMR CV 60. O mesmo fenômeno foi observado para o Módulo de Young. O módulo de Young dos compósitos normalizada com a da matriz pura é apresentada na figura 6. O resultado indicou que o Youngs Modulus aumentou com o aumento do montante da CNT na formulação. No entanto, em 1 e 3% em peso de nanotubos de carbono, o incremento do módulo não é tão alta como a da resistência à tração. O mesmo valor do módulo e da resistência à tração foram observados em 5% em peso de nanotubos de carbono. Enquanto em 7 e 10% em peso o módulo foi maior que a resistência à tração.  | Figura 6. Módulo de Young de SMR CV60 em diferentes percentuais de nanotubos de carbono. |
Efeito de nanotubos de carbono sobre a absorção de energia de SMR CV 60 Figuras 7 mostra a resistência do nanocompósito e considera a quantidade de energia necessária para fraturar um material. A figura mostra que, aumentando a quantidade de nanotubos de carbono para o SMR CV60 a energia de absorção necessários à fratura do material aumenta. Desde que a força é proporcional à força necessária para romper a amostra, ea tensão é medida em unidades de distância (ou seja, a distância que a amostra é esticada), então força a tensão vezes é proporcional à força vezes a distância que por sua vez é igual à energia ou seja: Força × deformação ~ força × distância = energia |