Aldrich の物質科学からのカーボン Nanofibers

デイヴィッド Burton、応用科学のパトリックの車線およびアンドリュー Palmer 著

目録

導入
製品の説明および指定
特性およびアプリケーション
     電気伝導率
     機械補強
     熱特性
シグマ Aldrich について

導入

Pyrograf®-III によって蒸気育てられるカーボン nanofibers は複数の囲まれたカーボン nanotubes と名づけられる材料のクラスの内にあり (MWCNTs)浮遊触媒方法によって作り出されます。 カーボン nanofibers は (CNFs)不連続、非常に、ほとんどのポリマー加工の技巧と互換性が高い黒鉛であり、等方性か異方性モードで分散させることができます。 CNFs に優秀な機械特性、高い電気伝導率および thermoplastics、 thermosets、エラストマー、製陶術および金属を含むマトリックスの広い範囲に与えることができる高い熱伝導度があります。 カーボン nanofibers にまたホストのポリマーかアプリケーションにテーラー/エンジニアに functionalization および他の表面の修正の技術を nanofiber 促進する一義的な表面状態があります。 カーボン nanofibers は流れるように動く粉形式で使用できます (普通 99% の大容量は繊維状形式にです)。 Aldrich の物質科学から表 1. に使用できる Pyrograf カーボン nanofibers の典型的な物理的性質はリストされています。

Pyrograf カーボン Nanofibers の表 1. の選り抜き特性

特性 製品
Aldrich の製品番号
719811
719803
719781
Pyrograf の製品番号
PR-25-XT-PS
PR-25-XT-LHT
PR-25-XT-HHT
製品 (lb/ft) の平均3見掛け密度
1.2 - 3.0
1.2 - 3.0
1.2 - 3.0
*Nanofiber の密度 (を含む空のコア) (g/cm3)
1.4 - 1.6
1.4 - 1.6
1.4 - 1.6
Nanofiber の壁の密度 (g/cm3)
2.0 - 2.1
2.0 - 2.1
2.0 - 2.1
平均触媒 (鉄) の内容 (PPM)
< 14,000
< 14,000
< 100
平均外の直径、 (nm)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
平均内部の直径、 (nm)
50-70
50-70
50-70
平均比表面積領域、 m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
総気孔ボリューム (cm/g)3
0.140
0.124
0.075
平均気孔の直径 (オングストローム Å)
82.06
126.06
123.99

* この密度が合成物の体積分率に多くの一部分を変換するのに使用されるべきです。

製品の説明および指定

Pyrograf®-III によって蒸気育てられるカーボン nanofibers は一義的な形態 (他の nanomaterial の生産者から現在利用できない図 1) を所有しています。 個々の nanofiber は触媒の粒子から沈殿し、非常に結晶で構成される円柱ファイバーによって囲まれる空のコアファイバーの縦方向の軸線からの約 25 度でスタックされるグラファイトの基底の平面があります。 「名づけられたこの形態はコップ」をスタックしましたまたは 「ヘリンボン」は、 nanofiber の全体の内部および外面に沿う露出された端の平面が付いているファイバーを生成します。 これらの端のサイトはグラファイトの基底の平面に関連して反応、で、最大結合のためのファイバーの表面およびポリマー合成物の機械補強の化学修正を促進します。 このオープン・アーキテクチャはまた伝導性を調整するために有用な異質原子によって急速な置閏および非置閏を促進します。

図 1. PR-25 カーボン nanofiber の提示の HRTEM の顕微鏡写真は nanofiber の壁の内部および GAIMEN を形作る端のサイトを露出しました

Aldrich の物質科学によって提供されるカーボン nanofibers に平均直径が等級によって 125 から 150 nm まで及ぶことをあり長さが 50 から 100 µm まで及ぶことをあります。 nanofibers はカーボン nanotubes (1-20 nm) より慣習的で連続的なか製粉されたカーボンファイバー (5-10 nm) より直径で大いに小さくかなり大きい、けれども同じ利点の多数を提供します。 カーボン nanofibers は後生産表面州のさまざまな特性を与えるために扱われました。 3 つのタイプの nanofibers は使用できます。 第 1 は pyrotically 除去されます (Aldrich の突き棒。 表面の炭化水素を除去し、化学結合のための原始的な表面を生成する第 719811)。 この製品はまた他の 2 つのリストのための前駆物質として役立ちます。 第 2 リストは 1500°C (Aldrich の突き棒に熱的に扱われます。 機械および電気特性の最もよい組合せを提供する第 719803)。 最後に、第 3 リストは 2900°C (Aldrich の突き棒に熱的に扱われます。 触媒の自由な製品を生成し、合成物の熱伝導度の特性を最大化する第 719781)。

特性およびアプリケーション

電気伝導率

最初に 5 x 10 Ω.cm であるグラファイトの抵抗の近くにある室温で非常に黒鉛の蒸気育てられたカーボンファイバー-5 の本質的な伝導性を報告される内部等。 カーボン nanofiber/ポリマー合成物の電気伝導率事実上すべて以来カーボン nanofibers のネットワークを通ってあります、ファイバーの長さのよいファイバーの分散そして維持が低いファイバーのローディングことをで高い合成の電気伝導率の達成を援助することは明確です。 高い電気伝導率および高いアスペクトレシオ、 CNF が原因で慣習的な伝導性の注入口より低いローディングで合成物に同等の電気伝導率を与えることができます。 また、ローディングの制御によって、 1 つは異なった電気抵抗値の合成物を作り出すことができます。 これは静電気の消滅 {10 - 10 Ω.cm}、静電気の絵画 {10 - 10 (ESD) Ω.cm}6 のような異なった8 範囲の抵抗を、保護する EMI4 {106 - 10 Ω.cm} もちます必要とする、3 および1 落雷の保護 {< 10 Ω.cm} アプリケーションのための特に重要なことを。

次の図は異なった CNF のローディングのレベルおよびせん断の状態と可能な濾過のカーブを表します。 合成の処理の間のより高いせん断のレベルはより高い濾過のしきい値の原因となります。

ファイバーの重量のローディングの機能として CNF となされる合成物の 2. ボリューム電気抵抗。

機械補強

個々のナノメーターのスケールのファイバーの直接測定は限られた量だけで最近再生可能だけ達成され。 Ozkan は等個々のカーボン nanofibers の注意深い引張強さの測定を直接行い、本当の強さを測定しました。 グラファイトの microfibers の強さに近づく環状の横断面領域に基づいて、強さは 8.7 GPa 高い見つけられました。 カーボン nanofiber の係数は重合体の合成物に組み込まれたとき基づいて、 600 GPa カーボン nanofiber カーボン nanofiber の親クラスの直接測定に、またはマクロスコピック蒸気育てられたカーボン fibers.6 であるために基礎ポリマーの引張強さ、圧縮の強さ、ヤングの係数、積層内の剪断強度、ひびの靭性、および振動弱まることを高めることができます推論されます。 改善の範囲はポリマーの種類、分散および歴史を処理することの程度に依存しています。

CNF ベースの複合材料の機械特性の図 3. 概要。

熱特性

カーボン nanofiber の熱伝導度はカーボン nanofibers の親クラスの直接測定に基づいて 2000 W/m-K、であるためにまたはマクロスコピック蒸気育てられたカーボンファイバー再度推論することができます。 3 つのカーボン nanofiber のタイプの、 nanofiber だけ 2900+°C (Aldrich の突き棒に熱的に nanofiber を扱いました。 第 719781 はポリマー合成物の熱伝導度に) 重要な倍力を提供します。 Lafdi および Matzek はエポキシ樹脂のための 0.2 W/m-K からの 20 の wt % の蒸気のための 2.8 W/m-K - 育てられた CNF の合成物に熱伝導度の増加を達成できました。 これらの結果は、強さか剛さとは違って、マトリックスへのよい連結がより少なく重大混合することを作る高い熱伝導度を達成して必要ではないことを示します。

他の研究者は熱可塑性材料のカーボン nanofibers の防火効力のある特性に焦点を合わせました。 カーボン nanofibers とロードされ、遅らせられ、より低い表わされる溶解したポリマーの炎のピーク熱リリースレート、より低い排煙および点滴注入または共同利用無し -- にさらされる合成物。

炎として CNF のパフォーマンスを記述するリンク - 重合体の合成物の抑制添加物は NIST'S (国立標準技術研究所) のウェブサイトで使用できます:

適用範囲が広いの CNFs はウレタンフォーム

粘土の CNFs は泡立ちます

装飾された家具の CNFs の切口の燃焼性

図 4. は CNFs の火の Retardancy を対タルクおよび粘土高めました。 NIST からの許可と使用される: 先行技術のためのポリマー、 2008 年 6 月

グラファイトに低い熱拡張があること与えられて、カーボン nanofibers とロードされた重合体の合成物は端正なマトリックスより大幅に低い熱膨張率がのあるためにだけ期待されましたが、示されていました。

図 5。 合成物 15 の Vol. % のの熱 exapansion (CTE) の減らされた係数を CNF の対端正なポリマー材料示すグラフ。

シグマ Aldrich について

シグマAldrich® は一流のハイテクの会社です。 研究および製造業の私達の材料化学優秀な研究機関を通して私達は高度を開発しま、マイクロ/nanoelectronics、代替エネルギー、表示/光電子工学、ナノテクノロジーおよび関連の物質科学のための材料を可能にし、アプリケーションを設計します。 専門は ALD の前駆物質、超高度純度の無機ハロゲン化物、燃料電池材料、電子等級の染料、専門の単量体および cGMP の等級ポリマーを含んでいます。

ソース: シグマ Aldrich

このソースのより多くの情報のためにシグマ Aldrich を訪問して下さい

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

Last Update: 14. June 2013 07:02

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