Carbón Nanofibers de la Ciencia Material de Aldrich

Por David Burton, la Senda de Patrick y Andrew Palmer de la Ciencia Aplicada

Índice

Introducción
Descripción y Pliego De Condiciones de Producto
Propiedades y Aplicaciones
     Conductividad Eléctrica
     Refuerzo Mecánico
     Propiedades Térmicas
Sobre la Sigma Aldrich

Introducción

Los nanofibers vapor-crecidos Pyrograf®-III del carbón están dentro de la clase de los materiales llamados los nanotubes multi-emparedados del carbón (MWCNTs), y son producidos por el método del catalizador que conecta. Los nanofibers del Carbón (CNFs) son discontinuos, altamente grafítico, altamente compatible con la mayoría de las técnicas de tramitación de polímero, y pueden ser dispersados en un modo isotrópico o anisotrópico. CNFs tiene propiedades mecánicas excelentes, alta conductividad eléctrica, y alta conductividad térmica, que se puede comunicar a una amplia gama de matrices incluyendo la termoplástica, los thermosets, los elastómeros, la cerámica, y los metales. Los nanofibers del Carbón también tienen un estado superficial único, que facilita el functionalization y otras técnicas superficiales de la modificación a la personalización/al representante técnico el nanofiber al polímero o a la aplicación del ordenador principal. Los nanofibers del Carbón están disponibles en un formulario de flujo libre del polvo (la masa del típicamente 99% está en un formulario fibroso). Las propiedades físicas Típicas de los nanofibers del carbón de Pyrograf disponibles de la Ciencia Material de Aldrich se enumeran en el Cuadro 1.

Propiedades Selectas del Cuadro 1. del Carbón Nanofibers de Pyrograf

Propiedad Producto
Número del Producto de Aldrich
719811
719803
719781
Número del Producto de Pyrograf
PR-25-XT-PS
PR-25-XT-LHT
PR-25-XT-HHT
Densidad A Granel Media del Producto (lb/ft3)
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
Densidad del *Nanofiber (base hueco incluyendo) (g/cm3)
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
Densidad de la Pared de Nanofiber (g/cm3)
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
Contenido Medio del Catalizador (Hierro) (PPM)
< 14.000
< 14.000
< 100
Diámetro Exterior Medio, (nanómetro)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
Diámetro Interno Medio, (nanómetro)
50-70
50-70
50-70
Superficie Específica Media, m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
Volumen Total del poro (cm/g)3
0,140
0,124
0,075
Diámetro Medio del Poro (angstromes Å)
82,06
126,06
123,99

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

Descripción y Pliegos De Condiciones de Producto

Los nanofibers vapor-crecidos Pyrograf®-III del carbón poseen una morfología única (Cuadro 1) no actualmente disponible de otros productores del nanomaterial. El nanofiber individual se precipita de una partícula del catalizador, y tiene una base hueco que sea rodeada por una fibra cilíndrica comprendida de altamente cristalino, grafito que los aviones básicos empilaron aproximadamente 25 grados del eje longitudinal de la fibra. Esta morfología, llamada “empiló la copa” o la “raspa de arenque”, genera una fibra con los aviones expuestos del borde a lo largo de las superficies interiores y exteriores enteras del nanofiber. Estos sitios del borde son reactivos, en relación con el avión básico del grafito, y facilitan la modificación química de la superficie de la fibra para la incorporación máxima y del refuerzo mecánico en compuestos del polímero. Esta configuración abierta también facilita la intercalación y la de-intercalación rápidas por los átomos heterogéneos, útiles para sintonizar conductividades.

El Cuadro 1. micrográfos de HRTEM de la demostración del nanofiber del carbón PR-25 expuso los sitios del borde que formaban las superficies internas y exteriores de la pared del nanofiber

Los nanofibers del carbón que son ofrecidos con la Ciencia Material de Aldrich tienen diámetros medios el colocar a partir del 125 a 150 nanómetro dependiendo del grado, y tienen longitudes el colocar a partir del 50 al µm 100. Los nanofibers son mucho más pequeños en diámetro que las fibras de carbono contínuas o fresadas convencionales (5-10 nanómetro) e importante más grande que los nanotubes del carbón (1-20 nanómetro), con todo ofrecen muchas de las mismas ventajas. Los nanofibers del carbón se tratan después de que producción para comunicar diversas propiedades en el estado superficial. Tres tipos de nanofibers están disponibles. El primer pyrotically se elimina (Golpecito de Aldrich. No. 719811) para quitar los hidrocarburos superficiales y para generar una superficie prístina para la vinculación química. Este producto también sirve como precursor para los otros dos anuncios. El segundo listado se trata térmicamente a 1500°C (Golpecito de Aldrich. No. 719803) para proporcionar a la mejor combinación de propiedades mecánicas y eléctricas. Finalmente, el tercer listado se trata térmicamente a 2900°C (Golpecito de Aldrich. No. 719781) para generar un producto libre del catalizador y para maximizar propiedades de la conductividad térmica en compuestos.

Propiedades y Aplicaciones

Conductividad Eléctrica

Endo y otros primero señalada la conductividad intrínseca de la fibra de carbono vapor-crecida altamente grafítica en la temperatura ambiente a ser 5 x 10-5 Ω.cm, que está cerca de la resistencia del grafito. Desde virtualmente toda la conductividad eléctrica en compuestos del nanofiber/del polímero del carbón está a través de la red de los nanofibers del carbón, está sin obstrucción que la buenos dispersión de la fibra y mantenimiento de la longitud de la fibra ayudarán en lograr alta conductividad eléctrica compuesta en incluso un cargamento inferior de la fibra. Debido a su alta conductividad eléctrica y alta relación de aspecto, CNF puede comunicar conductividad eléctrica equivalente a un compuesto en cargamentos más inferiores que rellenadores conductores convencionales. También, controlando el cargamento, uno puede producir compuestos con diversos valores eléctricos de la resistencia. Esto es de importancia determinada para las aplicaciones que requieren una resistencia en diversos rangos tales como disipación electroestática (ESD) {106 - 108 Ω.cm}, la pintura electroestática {104 - 106 Ω.cm}, EMI que protege {103 - 101 Ω.cm}, y la protección del rayo {< 10 Ω.cm}.

La figura siguiente representa las curvas de la filtración posibles con los diversos niveles del cargamento de CNF y condiciones de la resistencia. Niveles Más Altos de la resistencia durante el tramitación compuesto llevan a umbrales más altos de la filtración.

Cuadro resistencia eléctrica de 2. Volúmenes de los compuestos hechos con CNF en función del cargamento del peso de la fibra.

Refuerzo Mecánico

La medición Directa en fibras individuales de la escala del nanómetro se ha logrado solamente recientemente y solamente reproductivo en cantidades limitadas. Ozkan y otros realizó mediciones cuidadosas de la resistencia a la tensión directamente en nanofibers individuales del carbón y midió las fuerzas verdaderas. De Acuerdo con la superficie transversal anular, las fuerzas fueron encontradas para ser tan altas como 8,7 GPa, que se acerca a la fuerza de las microfibras del grafito. El módulo del nanofiber del carbón se deduce para ser 600 GPa basado en las mediciones directas de las clases del padre del nanofiber del carbón, o el carbón vapor-crecido macroscópico fibers.6 Cuando está incorporado en compuestos poliméricos, el nanofiber del carbón puede aumentar la resistencia a la tensión, la fuerza de la compresión, el módulo De Young, la fuerza de resistencia interlaminar, la fortaleza de la fractura, y amortiguar de la vibración del polímero bajo. El fragmento de la mejoría es relacionado sobre el tipo de polímero, el grado de dispersión, y de tramitar historia.

Cuadro 3. Reseña de las propiedades mecánicas de materiales compuestos CNF-basados.

Propiedades Térmicas

La conductividad térmica del nanofiber del carbón se puede deducir para ser 2000 W/m-K otra vez, sobre la base de las mediciones directas de las clases del padre de los nanofibers del carbón, o fibras de carbono vapor-crecidas macroscópicas. De los tres tipos del nanofiber del carbón, solamente el nanofiber trató térmicamente el nanofiber a 2900+°C (Golpecito de Aldrich. No. 719781) proporciona a un alza importante a la conductividad térmica del compuesto del polímero. Lafdi y Matzek podían lograr un aumento de la conductividad térmica a partir de 0,2 W/m-K para la resina de epoxy a 2,8 W/m-K para un Vapor de 20 % peso - compuesto crecido de CNF. Estos resultados indican que, a diferencia de fuerza o de rigidez, el buen acoplar a la matriz no es necesario lograr la alta conductividad térmica, haciendo componer menos crítico.

Otros investigadores se han centrado en las propiedades ignífugas de los nanofibers del carbón en materiales termoplásticos. Compuestos cargados con nanofibers del carbón y expuestos a los índices máximos demorados y más inferiores de la llama exhibida de calor de desbloquear, a emisiones de humo más inferiores, y a ningún goteo o reunión del polímero fundido.

Las Conexiones que describen el funcionamiento de CNF como añadido ignífugo en compuestos poliméricos están disponibles en el Web site de los NIST (National Institute of Standards and Technology):

CNFs en Poliuretano Flexible Hace Espuma

CNFs en Arcilla Hace Espuma

Inflamabilidad del Corte de CNFs de los Muebles Tapizados

El Cuadro 4. Aumentó la Retardancia del Fuego de CNFs comparado con el Talco y las Arcillas. Utilizado con permiso del NIST: Polímero para las Tecnologías Avanzadas, Junio de 2008

Dado que el grafito tiene una extensión térmica inferior, se preveía que pero se han mostrado los compuestos poliméricos cargados con nanofibers del carbón no sólo tuvieran coeficientes substancialmente más inferiores de extensión térmica de que la matriz aseada.

Cuadro 5. Un gráfico para mostrar el coeficiente reducido del exapansion térmico (CTE) del compuesto de 15 de un vol.% CNF comparado con el material de polímero aseado.

Sobre la Sigma Aldrich

La Sigma-Aldrich® es una compañía de alta tecnología de cabeza. A Través de nuestros Centros de la Química de los Materiales de la Excelencia en la investigación y la fabricación desarrollamos avanzado, activando los materiales para su micrófono/nanoelectronics, la energía alternativa, la visualización/la optoelectrónica, la nanotecnología y la ciencia material relacionada y dirigiendo aplicaciones. Las Especialidades incluyen precursores de ALD, los haluros inorgánicos de la pureza ultraalta, los materiales de la pila de combustible, los tintes electrónicos del grado, los monómeros de la especialidad y los polímeros del grado del cGMP.

Fuente: Sigma Aldrich

Para más información sobre esta fuente visite por favor la Sigma Aldrich

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

Last Update: 14. June 2013 07:20

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