Carbone Nanofibers de Science Des Matériaux D'Aldrich

Par David Burton, Voie de Patrick et Andrew Palmer de la Science Appliquée

Table des matières

Introduction
Description et Cahier Des Charges de Produit
Propriétés et Applications
     Conductivité Électrique
     Renforcement Mécanique
     Propriétés Thermiques
Au Sujet du Sigma Aldrich

Introduction

Les nanofibers cristallisés en phase vapeur de carbone de Pyrograf®-III sont dans la classe des matériaux nommés des nanotubes multi-murés de carbone (MWCNTs), et sont produits par la méthode flottante de catalyseur. Les nanofibers de Carbone (CNFs) sont discontinus, hautement graphitique, hautement compatible avec la plupart des techniques de traitement de polymère, et ils peuvent être dispersés en mode isotrope ou anisotrope. CNFs ont d'excellentes propriétés mécaniques, conductivité électrique élevée, et conduction thermique élevée, qui peut être transmise à un large éventail de modifications comprenant le thermoplastique, les thermosets, les élastomères, la céramique, et les métaux. Les nanofibers de Carbone ont également une seule condition extérieure, qui facilite le functionalization et d'autres techniques extérieures de modification au tailleur/à ingénieur le nanofiber au polymère ou à l'application d'hôte. Les nanofibers de Carbone sont disponibles sous une forme à écoulement fluide de poudre (la masse en général de 99% est sous une forme fibreuse). Des propriétés physiques Particulières des nanofibers de carbone de Pyrograf fournis par la Science Des Matériaux D'Aldrich sont indiquées dans le Tableau 1.

Propriétés Choisies du Tableau 1. de Carbone Nanofibers de Pyrograf

Propriété Produit
Numéro de Produit d'Aldrich
719811
719803
719781
Numéro de Produit de Pyrograf
PR-25-XT-PS
PR-25-XT-LHT
PR-25-XT-HHT
Densité de la Masse Moyenne du Produit (lb/ft3)
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
Densité de *Nanofiber (noyau creux y compris) (g/cm3)
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
Densité de Paroi de Nanofiber (g/cm3)
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
Teneur Moyenne en Catalyseur (Fer) (pages par minute)
< 14.000
< 14.000
< 100
Diamètre Extérieur Moyen, (nanomètre)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
Diamètre Interne Moyen, (nanomètre)
50-70
50-70
50-70
Surface Particulière Moyenne, m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
Volume Total de pore (cm/g)3
0,140
0,124
0,075
Diamètre Moyen de Pore (angströms Å)
82,06
126,06
123,99

* Cette densité devrait être employée pour convertir les fractions de masse en fractions de volume dans un composé.

Description et Caractéristiques de Produit

Les nanofibers cristallisés en phase vapeur de carbone de Pyrograf®-III possèdent une seule morphologie (le Schéma 1) non actuellement disponible d'autres producteurs de nanomaterial. Le nanofiber individuel est précipité d'une particule de catalyseur, et a un noyau creux qui est entouré par une fibre cylindrique consistée en hautement cristallin, graphite les plans que basiques ont empilé à environ 25 degrés de l'axe longitudinal de la fibre. Cette morphologie, nommée « a empilé la cuvette » ou la « arête de hareng », produit d'une fibre avec les plans exposés d'arête le long des surfaces intérieures et extérieures entières du nanofiber. Ces sites d'arête sont réactifs, relativement au plan basique du graphite, et facilitent la modification chimique de la surface de fibre pour la constitution maximum et le renforcement mécanique dans des composés de polymère. Cette architecture ouverte facilite également l'intercalation rapide et la De-intercalation par les atomes hétérogènes, utiles pour ajuster des conductivités.

Le Schéma 1. micrographes de HRTEM de la montr de nanofiber du carbone PR-25 a exposé des sites d'arête formant les surfaces intérieures et externes de la paroi de nanofiber

Les nanofibers de carbone étant offerts par la Science Des Matériaux D'Aldrich ont les diamètres moyens s'échelonner de 125 à 150 nanomètre selon la qualité, et ont des longueurs s'échelonner de 50 au µm 100. Les nanofibers sont beaucoup plus petits de diamètre que les fibres continues ou fraisées conventionnelles de carbone (5-10 nanomètre) et sensiblement plus grand que les nanotubes de carbone (1-20 nanomètre), pourtant offrent plusieurs des mêmes avantages. Les nanofibers de carbone sont traités après que production afin de transmettre les propriétés variées sur la condition extérieure. Trois types de nanofibers sont disponibles. Le premier est pyrotically éliminé (Poussée d'Aldrich. Numéro 719811) pour éliminer les hydrocarbures extérieurs et pour produire d'une surface d'origine pour la métallisation chimique. Ce produit sert également de précurseur les deux aux autres listes. La deuxième liste est thermiquement traitée à 1500°C (Poussée d'Aldrich. Numéro 719803) pour fournir la meilleure combinaison des propriétés mécaniques et électriques. En Conclusion, la troisième liste est thermiquement traitée à 2900°C (Poussée d'Aldrich. Numéro 719781) pour produire d'un produit libre de catalyseur et pour maximiser des propriétés de conduction thermique dans les composés.

Propriétés et Applications

Conductivité Électrique

Endo et autres d'abord enregistré la conductivité intrinsèque de la fibre cristallisée en phase vapeur hautement graphitique de carbone à la température ambiante à être 5 x 10-5 Ω.cm, qui est près de la résistivité du graphite. Depuis pratiquement toute les conductivité électrique dans des composés de nanofiber/polymère de carbone est par le réseau des nanofibers de carbone, il est clair que la bonnes dispersion de fibre et maintenance de la longueur de fibre faciliteront en réalisant la conductivité électrique composée élevée même à une charge faible de fibre. En Raison de leur conductivité électrique et rapport hauteur/largeur élevés de haut, CNF peut transmettre la conductivité électrique équivalente à un composé aux charges inférieures que les remplissages conducteurs conventionnels. En Outre, en réglant la charge, on peut produire des composés avec différentes valeurs électriques de résistivité. C'est d'importance particulière pour les applications que qui exigent une résistivité dans différents domaines tels que la dispersion électrostatique (ESD) {106 - 108 Ω.cm}, la peinture électrostatique {104 - 106 Ω.cm}, IEM protégeant {103 - 101 Ω.cm}, et la protection de grève surprise {< 10 Ω.cm}.

Le chiffre suivant représente des courbures de percolation possibles avec différents niveaux de charge de CNF et états de cisaillement. Des niveaux Plus Élevés de cisaillement pendant le traitement composé mènent à des seuils plus élevés de percolation.

Le Schéma résistivité électrique de 2. Volumes des composés effectués avec CNF en fonction de la charge de grammage de fibre.

Renforcement Mécanique

La mesure Directe sur différentes fibres d'échelle de nanomètre tout récemment a été réalisée et seulement reproductible en quantité limitée. Ozkan a et autres exécuté des mesures attentives de résistance à la traction directement sur différents nanofibers de carbone et a mesuré les forces vraies. Basé sur la section transversale annulaire, forces se sont avérés aussi élevé que 8,7 GPa, qui approche la force des microfibers de graphite. Le module du nanofiber de carbone est impliqué pour être 600 GPa basé sur des mesures directes des classes de parent du nanofiber de carbone, ou carbone cristallisé en phase vapeur macroscopique fibers.6 Une Fois comporté aux composés polymères, le nanofiber de carbone peut augmenter la résistance à la traction, la concentration de compactage, le module De Young, la résistance au cisaillement interlaminaire, la dureté de fracture, et l'amortissement de vibration du polymère de base. L'ampleur de l'amélioration dépend du type de polymère, le degré de dispersion, et de traiter l'histoire.

Le Schéma 3. Synthèse des propriétés mécaniques des matériaux composites CNF-basés.

Propriétés Thermiques

La conduction thermique du nanofiber de carbone peut être impliquée pour être 2000 W/m-K de nouveau, basés sur des mesures directes des classes de parent des nanofibers de carbone, ou des fibres cristallisées en phase vapeur macroscopiques de carbone. Des trois types de nanofiber de carbone, seulement le nanofiber a thermiquement traité le nanofiber à 2900+°C (Poussée d'Aldrich. Le Numéro 719781) fournit une poussée significative à la conduction thermique du composé de polymère. Lafdi et Matzek pouvaient réaliser une augmentation de la conduction thermique de 0,2 W/m-K pour la résine époxyde à 2,8 W/m-K pour 20 un composé Cristallisé En Phase Vapeur de % poids CNF. Ces résultats indiquent que, à la différence de force ou de raideur, bon s'accoupler à la modification n'est pas nécessaire pour réaliser la conduction thermique élevée, effectuant composer moins critique.

D'Autres chercheurs se sont concentrés sur les propriétés ignifuges des nanofibers de carbone en matériaux thermoplastiques. Composés chargés avec des nanofibers de carbone et exposés aux tarifs maximaux retardés et inférieurs de flamme montrée de chaleur de dégagement, aux émissions de fumée inférieures, et à une aucune égoutture ou mise en commun du polymère fondu.

Les Barrettes décrivant la performance de CNF en tant qu'additif ignifuge dans les composés polymères sont disponibles au site Web de NIST (National Institute of Standards and Technology) :

CNFs dans les Mousses de Polyuréthane Flexibles

CNFs dans des Mousses d'Argile

Inflammabilité de Coupure de CNFs des Meubles Tapissés

Le Schéma 4. Retardancy Amélioré d'Incendie de CNFs contre le Talc et les Argiles. Utilisé avec l'autorisation du NIST : Polymère pour des Technologies Avancées, Juin 2008

Vu que le graphite a une expansion thermique faible, on s'est non seulement attendu à ce que mais a été affiché des composés polymères chargés avec des nanofibers de carbone aient des coefficients sensiblement inférieurs d'expansion thermique de que la modification ordonnée.

Le Schéma 5. Un graphique pour afficher le coefficient réduit d'exapansion thermique (CTE) d'un % volume de composé de 15 CNF contre le matériau de polymère ordonné.

Au Sujet du Sigma Aldrich

Le Sigma-Aldrich® est une principale compagnie de pointe. Par nos Centres D'excellence de Chimie de Matériaux À la recherche et à la fabrication nous développons avancé, activant des matériaux pour votre micro/nanoelectronics, l'énergie alternative, l'affichage/optoélectronique, la nanotechnologie et des applications relatives de scientifique et technique de matériaux. Les Spécialités comprennent des précurseurs d'ALD, des halogénures minéraux de pureté ultra-haute, des matériaux de cellule à combustible, des teintures électroniques de qualité, des monomères de spécialité et des polymères de qualité de GMPc.

Source : Sigma Aldrich

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît le Sigma Aldrich

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

Last Update: 14. June 2013 06:53

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