Las nanofibras de carbono de Aldrich Ciencia de los Materiales

Por David Burton, Lane Patrick y Andrew Palmer de Ciencias Aplicadas

Tabla de contenidos

Introducción

Pyrograf ®-III-vapor crecido nanofibras de carbono están dentro de la clase de materiales denominados de múltiples nanotubos de carbono (MWCNTs), y se producen por el método del catalizador flotante. Nanofibras de carbono (CNFs) son discontinuas, muy grafito, altamente compatible con la mayoría de las técnicas de procesamiento de polímeros, y pueden ser dispersados ​​en un modo isotrópico o anisotrópico. CNFs tienen excelentes propiedades mecánicas, alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica, lo que puede ser impartido a una amplia gama de matrices como termoplásticos, termoestables, elastómeros, cerámicas y metales. Nanofibras de carbono también tienen un estado de superficie única, lo que facilita la funcionalización y otras técnicas de modificación de la superficie a medida / el ingeniero de nanofibras con el polímero de host o aplicaciones. Nanofibras de carbono están disponibles en forma de polvo de flujo libre (por lo general la masa del 99% se encuentra en una forma fibrosa). Las propiedades físicas típicas de nanofibras de carbono Pyrograf disponible de Aldrich Ciencia de los Materiales están listados en la Tabla 1.

Tabla 1. Seleccione Propiedades de Pyrograf nanofibras de carbono

* Esta densidad se debe utilizar para convertir las fracciones de masa en fracciones de volumen de un compuesto.

Refuerzo mecánico

La medición directa de las fibras individuales escala nanométrica sólo recientemente se ha logrado y reproducible sólo en cantidades limitadas. Ozkan et al. realizar mediciones de resistencia a la tracción cuidado directamente en nanofibras de carbono individuales y medir las verdaderas fortalezas. Basado en el anular de la sección transversal, las fortalezas se encontró que hasta 8,7 GPa, que se acerca a la fuerza de microfibras de grafito. El módulo de la nanofibras de carbono se infiere que es de 600 GPa basadas en mediciones directas de las clases para los padres de carbono de nanofibras, o macroscópica de vapor crecido de carbono fibers.6 Cuando se incorpora a compuestos poliméricos, las nanofibras de carbono puede aumentar la resistencia a la tracción, resistencia a la compresión , el módulo de Young, la fuerza de corte interlaminar, resistencia a la fractura, y amortiguación de las vibraciones de la base de polímeros. El grado de mejoría depende del tipo de polímero, el grado de dispersión, y la historia de procesamiento.

Figura 3. Descripción de las propiedades mecánicas del CNF basado en materiales compuestos.

Propiedades Térmicas

La conductividad térmica de las nanofibras de carbono se puede inferir que 2.000 W / mK nuevo, basado en mediciones directas de las clases para los padres de nanofibras de carbono, vapor o macroscópica de cosecha propia fibra de carbono. De los tres tipos de nanofibras de carbono, sólo el nanofibras tratados térmicamente nanofibras de 2900 + ° C (Aldrich Prod. N º 719 mil setecientos ochenta y uno ) proporciona un importante impulso a la conductividad térmica del material compuesto de polímero. Lafdi Matzek y fueron capaces de lograr un aumento de la conductividad térmica de 0.2 W / mK para la resina de epoxy a 2,8 W / mK para un 20% en peso de vapor crecido CNF compuesto. Estos resultados indican que, a diferencia de la fuerza o rigidez, buen acoplamiento a la matriz no es necesario para lograr una alta conductividad térmica, lo que agrava menos crítico.

Otros investigadores se han centrado en las propiedades ignífugas de las nanofibras de carbono en materiales termoplásticos. Compuestos cargados con nanofibras de carbono y expuestos a una llama exhibió retraso y menor pico de las tasas de liberación de calor, reducir las emisiones de humo, y no gotea o puesta en común de polímero fundido.

Enlaces que describen el funcionamiento de la CNF como aditivo retardante de llama en compuestos poliméricos se encuentran disponibles en el NIST (National Institute of Standards and Technology) sitio web:

CNFs en espumas de poliuretano flexible

CNFs en espumas de arcilla

CNFs Corte de inflamabilidad de mobiliario tapizado

Figura 4. Reacción al fuego mejorada de CNFs vs talco y arcillas. Usado con permiso del NIST: Polímero de Tecnologías Avanzadas, junio de 2008

Teniendo en cuenta que el grafito tiene una baja expansión térmica, compuestos poliméricos cargados con nanofibras de carbono no sólo se esperaba, pero se ha demostrado que tienen un coeficiente mucho menor de la expansión térmica de los que la matriz ordenada.

Figura 5. Un gráfico para mostrar el coeficiente de reducción de exapansion térmica (CTE) de un 15% en volumen CNF compuesto vs el puro material de polímero.

Acerca de Sigma Aldrich

Sigma-Aldrich ® es una empresa líder de alta tecnología de la empresa. A través de nuestros Centros de Química de Materiales de la excelencia en la investigación y la fabricación desarrollamos avanzadas, permitiendo a los materiales para su micro / nanoelectrónica, la energía alternativa, la pantalla / optoelectrónica, la nanotecnología y la ciencia de los materiales relacionados y las aplicaciones de ingeniería. Las especialidades incluyen precursores de duración limitada, de ultra alta pureza haluros inorgánicos, materiales de pilas de combustible, ya sea electrónico tintes de grado, los monómeros especiales y polímeros de grado cGMP.

Fuente: Sigma Aldrich

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