Koolstof Nanofibers van de Wetenschap van Materialen Aldrich

Door David Burton, Patrick Lane and Andrew Palmer van Toegepaste Wetenschap

Inhoudstafel

Inleiding
De Beschrijving en de Specificatie van het Product
Eigenschappen en Toepassingen
     Elektro Geleidingsvermogen
     Mechanische Versterking
     Thermische Eigenschappen
Ongeveer Sigma Aldrich

Inleiding

Pyrograf®-iii damp-gekweekte koolstofnanofibers zijn binnen de klasse van materialen noemden multi-ommuurde koolstof nanotubes (MWCNTs), en worden geproduceerd door de het drijven katalysatormethode. Nanofibers van de Koolstof (CNFs) zijn onderbroken, hoogst grafiet, hoogst compatibel met de meeste technieken van de polymeerverwerking, en zij kunnen op een isotrope of anisotrope wijze worden verspreid. CNFs heeft uitstekende mechanische eigenschappen, hoog elektrogeleidingsvermogen, en hoog warmtegeleidingsvermogen, die aan een brede waaier van matrijzen met inbegrip van thermoplast, thermosets, elastomeren, keramiek, en metalen kunnen worden verleend. Nanofibers van de Koolstof hebben ook een unieke oppervlaktestaat, die functionalization vergemakkelijkt en andere te maken technieken van de oppervlaktewijziging/nanofiber aan het de gastheerpolymeer of toepassing bouw. Nanofibers van de Koolstof zijn beschikbaar in een vrij bewegende poedervorm (typisch 99% is de massa in een vezelige vorm). De Typische fysische eigenschappen van Pyrograf koolstofnanofibers beschikbaar bij de Wetenschap van Materialen Aldrich zijn vermeld in Lijst 1.

Lijst 1. Selecteer Eigenschappen van Pyrograf Koolstof Nanofibers

Bezit Product
Het Aantal van het Product van Aldrich
719811
719803
719781
Het Aantal van het Product van Pyrograf
PR-25-xt-PS
PR-25-xt-LHT
PR-25-xt-HHT
Gemiddelde BulkDichtheid van Product (lb/ft3)
1.2 - 3.0
1.2 - 3.0
1.2 - 3.0
*Nanofiber Dichtheid (met inbegrip van holle kern) (g/cm3)
1.4 - 1.6
1.4 - 1.6
1.4 - 1.6
De Dichtheid van de Muur van Nanofiber (g/cm3)
2.0 - 2.1
2.0 - 2.1
2.0 - 2.1
Inhoud de Gemiddelde van de Katalysator (Ijzer) (p.p.m.)
< 14.000
< 14.000
< 100
Gemiddelde BuitenDiameter, (NM)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
Gemiddelde BinnenDiameter, (NM)
50-70
50-70
50-70
Gemiddelde Specifieke Oppervlakte, m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
Totaal porievolume (cm/g3)
0.140
0.124
0.075
De Gemiddelde Diameter van de Porie (ångström Å)
82.06
126.06
123.99

* Deze dichtheid zou moeten worden gebruikt om massafracties in volumefracties in een samenstelling om te zetten.

De Beschrijving en de Specificaties van het Product

Pyrograf®-iii damp-gekweekte koolstofnanofibers bezitten de unieke morfologie (Figuur 1) niet nu verkrijgbaar van andere nanomaterial producenten. Individuele nanofiber wordt gestort van een katalysatordeeltje, en heeft een holle kern die door een cilindrische die vezel omringd wordt van hoogst kristallijne, grafiet basisdievliegtuigen wordt samengesteld bij ongeveer 25 graden van de longitudinale as van de vezel worden gestapeld. Deze morfologie, genoemd „gestapelde kop“ of „visgraat“, produceert een vezel met blootgestelde randvliegtuigen langs de volledige binnenlandse en buitenoppervlakten van nanofiber. Deze randplaatsen zijn reactief, met betrekking tot het basisvliegtuig van grafiet, en vergemakkelijken chemische wijziging van de vezeloppervlakte voor maximumintegratie en mechanische versterking in polymeersamenstellingen. Deze open architectuur vergemakkelijkt ook snelle inlassing en DE-inlassing door heterogeene atomen, nuttig voor het stemmen geleidingsvermogen.

Figuur 1. Micrografen HRTEM van koolstof PR-25 die nanofiber blootgestelde randplaatsen tonen die de binnen en buitenoppervlakten van de nanofibermuur vormen

Koolstofnanofibers die door de Wetenschap van Materialen worden aangeboden Aldrich hebben gemiddelde diameters die zich van 125 tot 150 NM uitstrekken die van de rang afhangen, en hebben lengten die zich van 50 tot 100 µm uitstrekken. Nanofibers zijn veel kleiner in diameter dan conventionele ononderbroken of gemalen koolstofvezels (5-10 NM) en beduidend groter dan koolstof nanotubes (1-20 NM), nog aanbieding veel van de zelfde voordelen. Koolstofnanofibers worden behandeld na productie om diverse eigenschappen op de oppervlaktestaat te verlenen. Drie soorten nanofibers zijn beschikbaar. De eerste is pyrotically gestript (Prik Aldrich. Nr 719811) om oppervlaktekoolwaterstoffen te verwijderen en een oorspronkelijke oppervlakte te produceren voor het chemische plakken. Dit product dient ook als voorloper voor de andere twee lijsten. De tweede lijst wordt thermaal behandeld aan 1500°C (Prik Aldrich. Nr 719803) om de beste combinatie mechanische en elektrische eigenschappen te verstrekken. Tot Slot wordt de derde lijst thermaal behandeld aan 2900°C (Prik Aldrich. Nr 719781) om een katalysator vrij product te produceren en warmtegeleidingsvermogeneigenschappen in samenstellingen te maximaliseren.

Eigenschappen en Toepassingen

Elektro Geleidingsvermogen

Endo et al. meldde eerst het intrinsieke geleidingsvermogen van hoogst grafiet damp-gekweekte koolstofvezel bij kamertemperatuur om 5 x 10 Ω.cm-5 te zijn, wat dichtbij het weerstandsvermogen van grafiet is. Aangezien vrijwel alle elektrogeleidingsvermogen in koolstof nanofiber/polymeersamenstellingen door het netwerk van koolstofnanofibers is, is het duidelijk dat de goede vezelverspreiding en het behoud van vezellengte in het bereiken van hoog samengesteld elektrogeleidingsvermogen bij zelfs een lage vezellading zullen helpen. wegens hun hoog elektrogeleidingsvermogen en hoge aspectverhouding, CNF kan gelijkwaardig elektrogeleidingsvermogen aan een samenstelling bij lagere ladingen verlenen dan conventionele geleidende vullers. Ook, door de lading te controleren, kan men samenstellingen met verschillende elektroweerstandsvermogenwaarden veroorzaken. Dit is van bijzonder belang voor toepassingen die een weerstandsvermogen in verschillende waaiers zoals elektrostatische dissipatie { (ESD)10 -6 10 Ω.cm8 }, het elektrostatische schilderen {10 -4 10 Ω.cm6 }, EMI beveiliging {10 -3 10 Ω.cm1 }, en de bescherming van de bliksemstaking {< 10 Ω.cm} vereisen.

Het volgende cijfer vertegenwoordigt filtreringskrommen mogelijk met verschillende CNF ladingsniveaus en scheerbeurtvoorwaarden. De Hogere scheerbeurtniveaus tijdens samengestelde verwerking leiden tot hogere filtreringsdrempels.

Figuur 2. Maakte het elektroweerstandsvermogen van het Volume van de samenstellingen met CNF als functie van de lading van het vezelgewicht.

Mechanische Versterking

De Directe meting op de individuele vezels van de nanometerschaal is slechts onlangs bereikt en slechts reproducibly in beperkte hoeveelheden. Ozkan et al. uitgevoerde zorgvuldige treksterktemetingen direct op individuele koolstofnanofibers en gemeten de ware sterke punten. Gebaseerd op het ringvormige gebied in dwarsdoorsnede, werden de sterke punten gevonden zo hoog om te zijn zoals 8.7 GPa, dat de sterkte van grafietmicrofibers nadert. De modulus van de koolstof wordt nanofiber geconcludeerd die 600 GPa te zijn op directe metingen van de ouderklassen wordt gebaseerd van koolstof nanofiber, of de macroscopische damp-gekweekte koolstof fibers.6 Wanneer opgenomen in polymere samenstellingen, de koolstof nanofiber kan de de treksterkte, de compressiesterkte, modulus van Jongelui, interlaminar scheerbeurtsterkte, de breukhardheid, en trillingsbevochtiging van het basispolymeer verhogen. De omvang van verbetering is afhankelijk van het type van polymeer, de graad van verspreiding, en verwerkingsgeschiedenis.

Figuur 3. Overzicht van de mechanische eigenschappen van op CNF-Gebaseerde samengestelde materialen.

Thermische Eigenschappen

Het warmtegeleidingsvermogen van de koolstof nanofiber kan worden geconcludeerd om 2000 die w/m-K, op directe metingen van de ouderklassen wordt gebaseerd van koolstofnanofibers, of opnieuw macroscopische damp-gekweekte koolstofvezels te zijn. Van de drie die koolstof nanofiber types, slechts nanofiber thermaal nanofiber aan 2900+°C wordt behandeld (Prik Aldrich. Nr 719781) verstrekt een significante verhoging aan het warmtegeleidingsvermogen van de polymeersamenstelling. Lafdi en Matzek konden een verhoging van warmtegeleidingsvermogen van 0.2 w/m-K voor epoxyhars aan 2.8 w/m-K voor een 20 % gew.Damp bereiken - gekweekte samenstelling CNF. Deze resultaten wijzen erop dat, in tegenstelling tot sterkte of stijfheid, de goede koppeling aan de matrijs niet noodzakelijk is om hoog warmtegeleidingsvermogen te bereiken, die samenstellen kritiek maken minder.

Andere onderzoekers hebben zich op de brand - vertragerseigenschappen van koolstofnanofibers in thermoplastische materialen geconcentreerd. Samenstellingen met koolstofnanofibers worden en aan een vlam worden de blootgesteld geladen die stelden vertraagd tentoon en verminderen de piektarieven van de hitteversie, lagere rookemissies, en geen het druipen of het samenvoegen van gesmolten polymeer dat.

Links die de prestaties van CNF beschrijven als vlam - het vertragersadditief in polymere samenstellingen is beschikbaar de website bij van NIST (Nationaal Instituut van Normen en Technologie):

CNFs in het Flexibele Schuim van het Polyurethaan

CNFs in het Schuim van de Klei

De Brandbaarheid van de Besnoeiing van CNFs van Bekleed Meubilair

Figuur 4. De Verbeterde Vertraging van de Brand van CNFs versus Talk en Klei. Gebruikt met toestemming van NIST: Polymeer voor Geavanceerde Technologieën, Juni 2008

Gezien het grafiet een lage thermische uitbreiding heeft, de polymere die samenstellingen met koolstofnanofibers worden geladen niet alleen maar zijn getoond zouden hebben wezenlijk lagere coëfficiënten van thermische uitbreiding van dan de keurige matrijs.

Figuur 5. Een grafiek om de verminderde coëfficiënt van thermische exapansion (CTE) van een 15 % vol.CNF samenstelling versus het keurige polymeermateriaal te tonen.

Ongeveer Sigma Aldrich

Sigma-Aldrich® is een belangrijk geavanceerd technisch bedrijf. Door onze Expertisecentra van de Chemie van Materialen In onderzoek en productie ontwikkelen wij geavanceerd, toelatend materialen voor uw micro/nanoelectronics, alternatieve energie, vertoning/opto-elektronica, nanotechnologie en verwante materialenwetenschap en techniektoepassingen. De Specialiteiten omvatten voorlopers ALD, ultrahoge zuiverheids anorganische halogeniden, de materialen van de brandstofcel, elektronische rangkleurstoffen, specialiteitmonomeren en cGMP rangpolymeren.

Bron: Sigma Aldrich

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Sigma Aldrich

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit