Kohlenstoff Nanofibers von der Aldrich-Material-Wissenschaft

Durch David Burton, Patrick-Weg und Andrew Palmer der Angewandten Wissenschaft

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Produkt Beschreibung und Bedingung
Eigenschaften und Anwendungen
     Elektrische Leitfähigkeit
     Mechanische Verstärkung
     Thermische Eigenschaften
Über Sigma Aldrich

Einleitung

Pyrograf®-III Dampf-gewachsene Kohlenstoff nanofibers sind innerhalb der Klasse von den Materialien, die mehrwandige Kohlenstoff nanotubes (MWCNTs) bezeichnet werden und werden durch die sich hin- und herbewegende Katalysatormethode produziert. Kohlenstoff nanofibers (CNFs) sind unterbrochen, in hohem Grade Graphit, in hohem Grade kompatibel mit den meisten Kunststoffverarbeitungstechniken, und sie können in einem isotropen oder anisotropen Modus zerstreut werden. CNFs haben ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, hohe elektrische Leitfähigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit, die zu einer großen Auswahl von Grundmassen einschließlich Thermoplastikee, thermosets, Elastomere, Keramik und Metalle zugeteilt werden kann. Kohlenstoff nanofibers haben auch einen eindeutigen Oberflächenzustand, der functionalization und andere Oberflächenmodifikationstechniken zum Schneider/zum Ingenieur das nanofiber zum Hauptrechnerpolymer oder -anwendung ermöglicht. Kohlenstoff nanofibers sind in einer freifließenden Pulverform erhältlich (gewöhnlich 99% Masse ist in einer faserartigen Form). Typische physikalische Eigenschaften von Pyrograf-Kohlenstoff nanofibers, die von der Aldrich-Material-Wissenschaft erhältlich sind, werden in Tabelle 1. ausgedruckt.

Tabelle 1. Ausgewählte Eigenschaften von Pyrograf-Kohlenstoff Nanofibers

Eigentum Produkt
Aldrich-Produkt-Zahl
719811
719803
719781
Pyrograf-Produkt-Zahl
PR-25-XT-PS
PR-25-XT-LHT
PR-25-XT-HHT
Durchschnittliche Schüttdichte des Produktes (lb/ft3)
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
*Nanofiber Dichte (einschließlich hohler Kern) (g/cm3)
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
Nanofiber-Wand-Dichte (g/cm3)
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
Durchschnittlicher Inhalt des Katalysator-(Eisen) (PPMs)
< 14.000
< 14.000
< 100
Durchschnittlicher Außendurchmesser, (nm)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
Durchschnittlicher Innerer Durchmesser, (nm)
50-70
50-70
50-70
Durchschnittliche Spezifische Fläche, m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
Gesamtporenvolumen (cm/g)3
0,140
0,124
0,075
Durchschnittlicher Poren-Durchmesser (Ångström Å)
82,06
126,06
123,99

* Diese Dichte sollte verwendet werden, um Massenanteile in Volumenbrüche in einer Zusammensetzung zu konvertieren.

Produkt Beschreibung und Bedingungen

Pyrograf®-III Dampf-gewachsene Kohlenstoff nanofibers besitzen eine eindeutige Morphologie (die Abbildung 1) nicht zur Zeit verfügbar von anderen Nanomaterialproduzenten. Das einzelne nanofiber wird von einem Katalysatorpartikel ausgefällt und einen hohlen Kern, der durch eine zylinderförmige Faser umgeben wird, die von in hohem Grade kristallenem enthalten wird, die Graphitbasisflächen hat, die an ungefähr 25 Grad vom Längsschwerpunkt der Faser gestapelt werden. Diese Morphologie, bezeichnet „stapelte Cup“ oder „Fischgrätenmuster“, erzeugt eine Faser mit freigelegten Randflugzeugen entlang den gesamten Innen- und Außenflächen des nanofiber. Diese Randsites sind, im Verhältnis zu der Basisfläche des Graphits reagierend und ermöglichen chemische Modifikation der Faseroberfläche für maximale Inkorporation und der mechanischen Verstärkung in den Polymerzusammensetzungen. Diese offene Architektur ermöglicht auch schnelle Einschiebung und Deeinschiebung durch die heterogenen Atome, die für die Justage von Leitfähigkeiten nützlich sind.

Abbildung 1. HRTEM-Mikrographen von Kohlenstoff PR-25 nanofiber Vertretung legte die Randsites frei, welche die inneren und Außenseiten der nanofiber Wand bilden

Die Kohlenstoff nanofibers, die durch Aldrich-Material-Wissenschaft angeboten werden, haben durchschnittliche Durchmesser, von 125 bis 150 nm abhängig von dem Grad zu reichen und haben Längen, von 50 bis µm 100 zu reichen. Die nanofibers sind im Durchmesser als herkömmliche kontinuierliche oder gemahlene Kohlenstofffasern (5-10 nm) und beträchtlich größer als Kohlenstoff nanotubes (1-20 nm) viel kleiner, dennoch bieten viele des gleichen Nutzens an. Die Kohlenstoff nanofibers werden nachdem Produktion behandelt, um verschiedene Eigenschaften auf dem Oberflächenzustand zuzuteilen. Drei Baumuster nanofibers sind erhältlich. Das erste wird pyrotically entfernt (Aldrich-Stoß. Nr. 719811) zum von Oberflächenkohlenwasserstoffen zu löschen und einer ursprünglichen Oberfläche für chemische Masseverbindung zu erzeugen. Dieses Produkt dient auch als Vorläufer für die anderen zwei Listen. Die zweiten Listen werden thermisch zu 1500°C behandelt (Aldrich-Stoß. Nr. 719803) zum der besten Kombination der mechanischen und elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Schließlich werden die dritten Listen thermisch zu 2900°C behandelt (Aldrich-Stoß. Nr. 719781) zum eines freien Produktes des Katalysators zu erzeugen und von Wärmeleitfähigkeitseigenschaften in den Zusammensetzungen zu maximieren.

Eigenschaften und Anwendungen

Elektrische Leitfähigkeit

Endo et al. die Intrinsic-Leitfähigkeit der in hohem Grade Dampf-gewachsenen Kohlenstoffgraphitfaser zuerst bei Zimmertemperatur berichtet, zum 5 x 10 Ω.cm-5 zu sein, die nahe der Widerstandskraft des Graphits ist. Seit praktisch aller elektrischen Leitfähigkeit in Kohlenstoffnanofiber/-polymerzusammensetzungen ist durch das Netz von Kohlenstoff nanofibers, ist es klar, dass gute Faserstreuung und Pflege der Faserlänge helfen, wenn sie hohe zusammengesetzte elektrische Leitfähigkeit an sogar einem niedrigen Faserladen erzielen. Wegen ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und hohen Längenverhältnisses, CNF kann gleichwertige elektrische Leitfähigkeit zu einer Zusammensetzung am niedrigeren Laden als herkömmliche leitfähige Einfüllstutzen zuteilen. Auch indem es das Laden steuert, kann man Zusammensetzungen mit verschiedenen elektrischen Widerstandskraftwerten produzieren. Dieses ist von der besonderen Bedeutung für Anwendungen, die, die eine Widerstandskraft in den verschiedenen Reichweiten wie elektrostatischer Ableitung benötigen (ESD) {106 - 108 Ω.cm}, elektrostatischer Farbanstrich {104 - 106 Ω.cm}, abschirmende EMS {103 - 101 Ω.cm}, und Blitzschlagschutz {< 10 Ω.cm}.

Die folgende Abbildung stellt die Filtrationskurven dar, die mit verschiedenen CNF-Belastungsniveaus und Scherzuständen möglich sind. Höhere Scherstufen während des zusammengesetzten Aufbereitens führen zu höhere Filtrationsschwellwerte.

Abbildung elektrische Widerstandskraft 2. Volumen der Zusammensetzungen von gemacht mit CNF als Funktion des Fasergewichtsladens.

Mechanische Verstärkung

Direktes Maß auf einzelnen nmschuppenfasern ist erst vor kurzem und nur reproduzierbar in begrenzten Mengen erzielt worden. Ozkan et al. führte vorsichtige Dehnfestigkeitsmaße direkt auf einzelnen Kohlenstoff nanofibers durch und maß die wahren Stärken. Basiert auf der ringförmigen Querschnittsfläche, wurden Stärken gefunden, um wie 8,7 GPa so hoch zu sein, die der Stärke von Graphit-microfibers sich nähert. Der Modul des Kohlenstoff nanofiber wird geschlossen, um 600 GPa, das auf direkten Maßen der Muttergesellschaftsklassen von Kohlenstoff nanofiber basiert, oder makroskopischer Dampf-gewachsener Kohlenstoff fibers.6 zu sein, Wenn er in polymerische Zusammensetzungen, das Kohlenstoff nanofiber integriert wird, kann die Dehnfestigkeit, die Drucklufterzeugungsstärke, das Elastizitätsmodul, die interlaminare Scherfestigkeit, die Bruchhärte und die Schwingungsdämpfung des falschen Polymers erhöhen. Der Umfang einer Verbesserung ist nach dem Baumuster des Polymers, der Grad an Streuung und Aufbereiten von Geschichte abhängig.

Abbildung 3. Überblick der mechanischen Eigenschaften der CNF-basierten Verbundwerkstoffe.

Thermische Eigenschaften

Die Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstoff nanofiber kann wieder geschlossen werden, um 2000 W/m-K, basiert auf direkten Maßen der Muttergesellschaftsklassen von Kohlenstoff nanofibers oder makroskopische Dampf-gewachsene Kohlenstofffasern zu sein. Von den drei Kohlenstoff nanofiber Baumustern nur das nanofiber behandelte thermisch nanofiber zu 2900+°C (Aldrich-Stoß. Nr. 719781) stellt einen beträchtlichen Auftrieb zur Wärmeleitfähigkeit der Polymerzusammensetzung zur Verfügung. Lafdi und Matzek waren in der Lage, eine Zunahme der Wärmeleitfähigkeit von 0,2 W/m-K für Epoxidharz zu 2,8 W/m-K für einen 20 WT- %Dampf - gewachsene CNF-Zusammensetzung zu erzielen. Diese Ergebnisse zeigen an, dass, anders als Stärke oder Steifheit, die gute Kopplung zur Grundmasse nicht notwendig ist, um die hohe Wärmeleitfähigkeit zu erzielen und das Zusammensetzen weniger kritisches macht.

Andere Forscher haben sich auf die feuerverzögernden Eigenschaften der Kohlenstoff nanofibers in den Thermoplasten konzentriert. Zusammensetzungen belastet mit Kohlenstoff nanofibers und die Flammenausgestellt verzögerten und niedrigeren Höchsthitzentwicklungskinetik, die unteren Rauchemissionen und kein ein Bratenfett oder Zusammenfassung des flüssigen Polymers ausgesetzt.

Die Links, welche die Leistung von CNF als flammhemmender Zusatz in den polymerischen Zusammensetzungen beschreiben, sind an Website NIST (National Institute of Standards and Technology) erhältlich:

CNFs im Flexiblen Polyurethan Schäumt

CNFs im Lehm Schäumt

CNFs-Schnitt-Entflammbarkeit des Polstermöbels

Abbildung 4. Erhöhte Feuerfestigkeit von CNFs gegen Talkum und Lehm. Verwendet mit Erlaubnis NIST: Polymer für Neue Technologien, Im Juni 2008

Angenommen, Graphit eine niedrige thermische Reihenentwicklung hat, wurden die polymerischen Zusammensetzungen, die mit Kohlenstoff nanofibers belastet wurden, nicht nur aber sind erwartet, gezeigt worden, um im Wesentlichen niedrigere Ausdehnungskoeffizienten von als die ordentliche Grundmasse zu haben.

Abbildung 5. Ein Diagramm, zum des verringerten Koeffizienten des thermischen exapansion (CTE) von einem 15 Zusammensetzung Vol. % CNF gegen das ordentliche Polymermaterial zu zeigen.

Über Sigma Aldrich

Sigma-Aldrich® ist eine führende Hightechfirma. Durch unsere Material-Chemie-Kompetenzzentren in der Forschung und in der Herstellung entwickeln aktivieren wir hoch entwickeltes, Materialien für Ihr Mikro/nanoelectronics, alternative Energie, Bildschirmanzeige/Optoelektronik, Nanotechnologie und in Verbindung stehende Materialwissenschaft und führen Anwendungen aus. Spezialitäten umfassen ALD-Vorläufer, anorganische Halogenide der Ultrahochreinheit, Brennstoffzellematerialien, elektronische Gradfarben, Spezialitätenmonomeren und cGMP Gradpolymere.

Quelle: Sigma Aldrich

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Sigma Aldrich

Date Added: Jun 7, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:56

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit