Углерод Nanotubes/Природный Каучук Nanocomposite Multi-Стены

Nanotubes Углерода (CNTs) показывают уникально механически, электронные и магнитные свойства, которые причиняли их широко быть изученным [1-3]. CNTs вероятно самые сильные вещества которые всегда будут существовать с прочностью на растяжение более большой чем сталь, только только 1/6 веса стали [4]. 1991) первых Iijima (открыло nanotubes углерода (CNTs) используя метод разрядки дуги [5,6]. После этого открытия, были начаты несколько проектов научного исследования и разнообразие методы были использованы для того чтобы синтезировать CNTs, namely, разрядку дуги, испарение лазера [7] и каталитическое низложение химического пара углеродов [8-10]. В Виду Того Что ковалентные связи углерод-углерода одна из самой сильной в природе, структура основала на совершенном расположении этих скреплений ориентированных вдоль оси nanotubes произвела бы exceedingly сильный материал. Nanotubes сильные и жизнерадостные структуры которые можно согнуть и протянуть в формы без катастрофического разрушения конструкции в nanotube [11, 12]. Young соперник модуля и прочности на растяжение который диаманта (1 Tera Паскаль и ~200 Giga Паскаль, соответственно) [13].

Это сказовое свойство механически прочности позволяет этим структурам быть использованным как возможные усиливая материалы. Как Раз как настоящая технология волокна углерода, эти nanotubes усиливают позволили бы очень сильным и светлым материалам, котор нужно произвести. Эти свойства CNTs привлекли внимание научных работников внутри во всем мире потому что их высокая способность для поглощать нагрузку которая прикладной к материалам nanocomposite [11-13].

Multi-Огороженные nanotubes углерода (MWNTs) будут использованы для того чтобы подготовить nanocomposites (NR) природного каучука. Наше первое усилие достигнуть nanostructures в nanocomposites MWNTs/NR будет сформировано путем включать nanotubes в разрешении полимера и затем испарять растворитель. Используя этот метод, nanotubes будут разметаны однотипово в матрице NR в попытке увеличить механически свойства этих nanocomposites. Были изучены свойства смесей как прочность на растяжение, растяжимый модуль и удлиненность на проломе.

Реактор FC-CVD был конструирован для того чтобы произвести CNF & CNT. Продукция nanotube углерода nanofibers/в присутствующей работе была дирижирована в горизонтальном трубчатом реакторе. Горизонтальный реактор пробка кварца 50 mm в диаметре и 900 mm в длине, нагретая нагревающим элементом карбида кремния. 2 конических склянки подключили к одину другого с изолированной пластичной пробкой, одному из их для источника углерода и другое одно для источника катализатора было помещено перед трубчатым реактором. Они были соединены к реактору через нержавеющее крадут трубу. Склянка, которая содержит катализатор, была помещена на каминной доске топления с регулятором температуры. 2 типа газов были использованы в этой системе, водопод был использован по мере того как реагируя газ и аргон для проблескивая воздуха от системы, и оба них были проконтролированы измерителем прокачки. Один конденсатор был помещен после того как реактор для того чтобы охладить вниз температуру выхода газа и пойманные в ловушку материалы как показано в схематических диаграммах и изображении в диаграмме 1.

Процесс делать природный каучук/nanotubes как материал nanompcosite разделил в 4 следовать процесса.

Этот участок включает растворение/рассеивание CNTs в растворяющее (в этих случае, толуоле) для того чтобы disentangle nanotubes которые типично клонат прильнуть совместно и сформировать шишки, которые будут очень трудными для того чтобы обрабатывать. Для этого, некоторое количество nanotubes углерода или nanofibers были добавлены к специфическому количеству разрешения толуола после тщательно весить (поддерживать коэффициент специфического веса nanotubes в разрешении). Это разрешение более добавочно было sonicated используя механически sonicator зонда (Branson более sonifier), способное вибрировать на ультразвуковых частотах для того чтобы навести эффективное рассеивание nanotubes или nanofibers. Для этого изучения, различные разрешения CNT были подготовлены (содержащ CNTs в различных коэффициентах веса):

i) 1 WT % CNTs содержа в 10ml разрешения толуола

ii) 3 WT % CNTs в 10ml разрешения толуола

III) 5 WT % CNTs в 10ml разрешения толуола

iv) 7 WT % CNTs в 10ml разрешения толуола

v) 10 WT % CNTs в 10ml разрешения толуола.

Этот этап включает растворение Резины в соответствующий органический растворитель (толуол). Специфическое количество резины (в этот случай, 10 gms), котор весят используя баланс было добавлено к некоторому количеству органического растворителя (500 ml толуола) таким образом поддерживая пожеланный резиновый коэффициент веса. Эта смесь была пошевелена и была сдержана для некоторой продолжительности времени до тех пор пока резина не станет равномерно растворенной в растворителе.

Это заключительный шаг в процессе подготовки melt и по-существу включает тщательный смешивать подготовленных разрешений в первые и вторые этапы, приводящ к в разрешении которое состоит из хорошей бленды nanotubes в резине.

Материал nancomposite (резина с CNTs) был отжат используя горячие давление и отрезок в стандартные формы. Образцы после этого были охарактеризованы и механически свойства измерили.

В этой научной работе, MWCNTs было произведено путем использование низложения химического пара плавающего катализатора (FC-CVD). Для того чтобы произвести эти материалы углерода, атомы углерода скрепляют совместно в присутствии к катализатору утюга (Fe).

Катализатор утюга (Fe), в форме частицы был получен от разложения ferrocene. Атомы углерода произведенные от трескать коксобензола CH₆₆ служили как сырья. Продукт был собран от стены реактора и керамических шлюпок, который были помещены на центре камеры реакции. Обсужены изучение влияний каждого определяющего параметра на выходе, очищенность, средний диаметр и распределение материала углерода, тем ме менее большое внимание было помещено на CNTs и в меньший объем CNFs из-за их промышленной важности и более широкой применимости. Условия продукции чисто CNTs были зафиксированы на температуре 850°C реакции, расходе потока 300 ml/min водопода и времени реакции 45min. Диаметры CNTs были поменяны от 2 nm до 30 nm и средняя длина находилась на µm 70.

Возникающие nanotubes углерода были охарактеризованы обширно используя SEM. Диаграмма 1 изображения SEM выставок типичные nanotubes углерода. Особая чистота, блок nanotube углерода наблюдалась в диаграмме 1. Замечание SEM показывает что эти nanotubes углерода 10 микронов длиной (до 50 микронов) с равномерными диаметрами. Навальное словотолкование длинних nanotubes углерода фильм как и ориентировано. Однако, изображения показывают что продукты чисты за исключением некоторых примесей nanoparticle.

TEM было унесено для того чтобы характеризовать структуру nanotubes (Диаграммы 2). Для того чтобы подготовить образцы TEM, некоторый спирт был упаден на фильм nanotubes, тогда, эти фильмы были перенесены с парой щипчиков к углерод-покрынной медной решетке.

Изображения TEM nanotubes в диаграмме 3 (a). Оно очевиден, от изображений что все nanotubes полые и трубчатые в форме. В некоторых из изображений, частицы катализатора можно увидеть внутри nanotubes. Изображения TEM показывают что nanotubes особая чистота, с равномерным распределением диаметра и не содержат никакое уродство в структуре. Пока на диаграмму 3 (b) показано Высокий Просвечивающий Электронный Микроскоп Разрешения nanotubes углерода. Она показывает что сильно приказанное кристаллическое строение CNT присутствовал. Ясные края графитообразных листов хорошо отделены 0,34 nm и выровняны с опрокинутым углом около 2° к оси пробки.

В этой научной работе, nanotubes углерода были использованы по мере того как nano-подкрепление интерфейса в предварительном коммерчески углероде/резиновом составном и этом the first time такая работа было сообщено. Теоретические прогнозы механически свойств nanotubes углерода как описано выше, в частности их предсказанные высокие прочности (заказа 60 GPa) и модули (~1 TPa), делают ими привлекательные выбранные по мере того как материал заполнителя подкрепления в полимере основал структурные смеси. Начальная экспериментальная деятельность на CNT-NR nanotube-усиленном углеродом демонстрировала что больш увеличьте в эффективном модуле и прочность можно получить с дополнением небольших количеств nanotubes углерода.

Рассеивание CNTs в SMR CV60 было охарактеризовано путем использование Электронной Просвечивающей Микроскопии (TEM). Тонкий раздел около 100 nm был отрезан с ножом диаманта на -120°C для того чтобы наблюдать рассеиванием CNTs внутри резины. В диаграмме, увидены 4 (a) короткое и длиннее CNTs. Было показано в этой диаграмме что CNTs homogenously распределено в матрице SMR CV60. Однако, CNTs открыто на обоих концах во время рассеивания CNTs в толуол, используя вибрацию ультразвуковой частоты и во время смешивать CNTs в SMR CV60 механически активностью. Расстояние между CNTs в матрице широко и то делает их хорошо ориентированные с меньшим взаимодействием интерфейса между ими. Размер CNTs в TEM показывает меняя диаметр от 2-20nm и меняя длину, который могут быть или короток или длиной. На Диаграмму 4 (b) показано разметанное изображение 3 WT % CNTs, в матрице, ориентации CNTs в SMR CV60 стала более менее ориентированной и более случайной. На диаграмму также показано что CNTs открыто в конце. На Диаграмму 4 (c, d и e) показано CNTs в CV 60 SMR на 5, 7, и 10 WT % соответственно. На диаграммы также показано что ориентация CNTs играет очень важную роль в усилии и напряжении матрицы. Другой фактор учитывал важной на механически свойствах коэффициент сжатия; если коэффициент сжатия высоок, то прочность материала увеличит.

Кривый сжатие-деформации различных процентов чисто nanotube углерода (1, 3, 5, 7 и 10 WT % CNTs) с SMR CV60 в диаграмме 5. Прочность на растяжение радикальным образом увеличивает по мере того как количество концентрации CNTs увеличивает. Общая тенденция что уровень усилия увеличен добавлением CNTs которое играет роль подкрепления. От этих результатов, дедуцировано что усиливая влияние CNTs очень маркированно. По Мере Того Как содержание CNT в резине увеличивает, усилия уровня увеличения постепенно но в тоже время напряжение nanocomposites уменьшают.

Увеличенный уровень усилия был должн к взаимодействию между CNTs и резиной. Хороший интерфейс между CNTs и резиной очень важен для материала для того чтобы выдержать усилие. Как описано выше CNTs весьма сильные материалы сравненные к другим типам заполнителей, таким образом делающ ими хорошие выбранные как nanofillers. Под нагрузкой, матрица распределяет усилие к CNTs который носят большую часть из прикладной нагрузки.

Такое же явление наблюдалось для Young Модуля. Young модуль смесей нормализованных с той из чисто матрицы в диаграмме 6. Результат показал что Модуль Детенышей увеличил с увеличением в количестве CNTs в образовании. Однако, на 1 и 3 WT % CNTs, инкремент модуля как не высоок как инкрементиз прочности на растяжение. Такое же значение модуля и прочность на растяжение наблюдались на 5 WT % CNTs. Пока на 7 и 10 WT % модуль был более высоок чем прочность на растяжение.

На Диаграммы 7 показано твёрдость nanocomposite и рассматривают количество энергии необходимы сломать материал. На диаграмму показано то, путем увеличивать количество CNTs в SMR CV60 энергия абсорбциы необходима для того чтобы сломать материальные увеличения. В Виду Того Что прочность пропорциональна к усилию необходима для того чтобы сломать образец, и напряжение измерено в блоках расстояния (т.е., протягивано расстояние образец), тогда прочность рас напряжение пропорциональна к усилию рас расстояние которое в свою очередь приравнивает к энергии т.е.:

Расстояние = энергия × усилия ~ напряжения × Прочности

В сводке, мы демонстрировали успешное изготовление nanocomposite состоя из матрицы Природного Каучука с nanotubes углерода 1-10 WT % Multi огороженными (MWCNTs). Nanotubes Углерода были прикладной для nano-подкрепления интерфейса в предварительном коммерчески углероде/резиновом составном и это первая попытка такая работа сообщена. Подготовка nanocomposites была унесена растворяющим методом литья используя толуол как растворитель. Ясно от диаграммы что максимальное усилие чисто SMR CV60 0,2839 MPa. Когда 1wt % CNTs были добавлены к резине уровень усилия для материала nanocomposite увеличил от 0,2839 MPa к 0,56413 MPa. Добавление WT % CNTs к природному каучуку увеличило уровень усилия постепенно как показано в диаграмме 5. На 10 WT % CNTs полученное значение усилия достигло MPa 2,55 который 9 времен которые чисто природного каучука. Результат показывает то, путем увеличивать количество CNTs добавил в резину уменьшенную дуктильность и материал будет сильне и более грубым но в тоже время более хрупким. Ясная тенденция наблюдаемая здесь что по мере того как нагрузка nanotube увеличивает, разрушающая деформация волокна уменьшает. Она также показывает что самое высокое значение напряжения было получено для nanocomposite на 1wt % CNTs. Эта смесь на этом проценте более дуктильна и больше эластики сравненная к другим процентам CNTs. Значение напряжения на 1wt % было почти этим же как для чисто резины. Минимальное значение напряжения было получено на 10 WT % CNTs; значение напряжения уменьшенное почти 2,5 времени i.e.2.94 сравнило к чисто резине которая была 7,34.

Авторы признательно подтверждают национальное усиление исследования в зонах приоритета (IRPA) для их финансовой поддержки этого исследования.

    Qian, D., Dickey, E.C., механизмы переноса Andrews, R., Rantell, T., «Нагрузки и деформации в смесях nanotube-полистироля углерода». Appl. Phys. Lett. 76, 2868-2870 (2000).