Carbono Nanofibers da Ciência de Materiais de Aldrich

Por David Burton, por Pista de Patrick e por Andrew Palmer de Ciência Aplicada

Índice

Introdução
Descrição e Especificação de Produto
Propriedades e Aplicações
     Condutibilidade Elétrica
     Reforço Mecânico
     Propriedades Térmicas
Sobre o Sigma Aldrich

Introdução

Os nanofibers vapor-crescidos Pyrograf®-III do carbono estão dentro da classe de materiais denominados nanotubes multi-murados do carbono (MWCNTs), e são produzidos pelo método de flutuação do catalizador. Os nanofibers do Carbono (CNFs) são descontínuos, altamente graphitic, altamente compatível com a maioria de técnicas de processamento do polímero, e podem ser dispersados em um modo isotropic ou anisotrópico. CNFs tem propriedades mecânicas excelentes, a condutibilidade elétrica alta, e a condutibilidade térmica alta, que pode ser dada a uma vasta gama de matrizes que incluem o thermoplastics, os thermosets, os elastómetros, a cerâmica, e os metais. Os nanofibers do Carbono igualmente têm um estado de superfície original, que facilite o functionalization e o outro técnicas da alteração da superfície ao alfaiate/coordenador o nanofiber ao polímero ou à aplicação do anfitrião. Os nanofibers do Carbono estão disponíveis em um formulário defluxo do pó (a massa de tipicamente 99% está em um formulário fibroso). As propriedades físicas Típicas dos nanofibers do carbono de Pyrograf disponíveis da Ciência de Materiais de Aldrich são alistadas na Tabela 1.

Propriedades Seletas da Tabela 1. do Carbono Nanofibers de Pyrograf

Propriedade Produto
Número do Produto de Aldrich
719811
719803
719781
Número do Produto de Pyrograf
PR-25-XT-PS
PR-25-XT-LHT
PR-25-XT-HHT
Densidade de Maioria Média do Produto (lb/ft3)
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
1,2 - 3,0
Densidade do *Nanofiber (que inclui o núcleo oco) (g/cm3)
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
1,4 - 1,6
Densidade da Parede de Nanofiber (g/cm3)
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
2,0 - 2,1
Índice Médio do Catalizador (Ferro) (ppm)
< 14.000
< 14.000
< 100
Diâmetro Exterior Médio, (nanômetro)
125 - 150
125 - 150
125 - 150
Diâmetro Interno Médio, (nanômetro)
50-70
50-70
50-70
Área De Superfície Específica Média, m/g2
65 - 75
35 - 45
20 - 30
Volume Total do poro (cm/g)3
0,140
0,124
0,075
Diâmetro Médio do Poro (ångströms Å)
82,06
126,06
123,99

* Esta densidade deve ser usada para converter fracções em massa em fracções de volume em um composto.

Descrição e Especificações de Produto

Os nanofibers vapor-crescidos Pyrograf®-III do carbono possuem uma morfologia original (Figura 1) não actualmente disponível de outros produtores do nanomaterial. O nanofiber individual é precipitado de uma partícula do catalizador, e tem um núcleo oco que seja cercado por uma fibra cilíndrica compreendida de altamente cristalino, grafite que os planos básicos empilharam aproximadamente 25 graus da linha central longitudinal da fibra. Esta morfologia, denominada “empilhou o copo” ou os “desenhos em espinha”, geram uma fibra com planos expor da borda ao longo das superfícies interiores e exteriores inteiras do nanofiber. Estes locais da borda são reactivos, relativo ao plano básico da grafite, e facilitam a alteração química da superfície da fibra para a incorporação máxima e do reforço mecânico em compostos do polímero. Esta arquitetura aberta igualmente facilita a intercalação e a de-intercalação rápidas pelos átomos heterogêneos, úteis para ajustar condutibilidades.

A Figura 1. micrografia de HRTEM da exibição do nanofiber do carbono PR-25 exps os locais da borda que formam as superfícies internas e exteriores da parede do nanofiber

Os nanofibers do carbono que estão sendo oferecidos com a Ciência de Materiais de Aldrich têm os diâmetros médios variar de 125 a 150 nanômetro segundo a categoria, e têm comprimentos variar de 50 ao µm 100. Os nanofibers são muito menores no diâmetro do que as fibras contínuas ou mmoídas convencionais do carbono (5-10 nanômetro) e significativamente maior do que os nanotubes do carbono (1-20 nanômetro), contudo oferecem muitos dos mesmos benefícios. Os nanofibers do carbono são tratados depois que produção a fim dar várias propriedades no estado de superfície. Três tipos de nanofibers estão disponíveis. O primeiro é descascado pyrotically (Pancada de Aldrich. No. 719811) para remover os hidrocarbonetos de superfície e para gerar uma superfície pristine para a ligação química. Este produto igualmente serve como um precursor para outras duas listas. A segunda lista é tratada tèrmica a 1500°C (Pancada de Aldrich. No. 719803) para fornecer a melhor combinação de propriedades mecânicas e elétricas. Finalmente, a terceira lista é tratada tèrmica a 2900°C (Pancada de Aldrich. No. 719781) para gerar um produto livre do catalizador e para maximizar propriedades da condutibilidade térmica nos compostos.

Propriedades e Aplicações

Condutibilidade Elétrica

Endo e outros relatado primeiramente a condutibilidade intrínseca da fibra vapor-crescida altamente graphitic do carbono na temperatura ambiente a ser 5 x 10-5 Ω.cm, que está perto da resistividade da grafite. Desde virtualmente toda a condutibilidade elétrica em compostos do nanofiber/polímero do carbono é através da rede de nanofibers do carbono, é claro que a boas dispersão da fibra e manutenção do comprimento da fibra ajudarão em conseguir a condutibilidade elétrica composta alta mesmo em uma baixa carga da fibra. Devido a seus condutibilidade elétrica alta e prolongamento alto, CNF pode dar a condutibilidade elétrica equivalente a um composto em umas mais baixas cargas do que enchimentos condutores convencionais. Também, controlando a carga, uma pode produzir compostos com valores elétricos diferentes da resistividade. Isto é da importância particular para as aplicações que que exigem uma resistividade em escalas diferentes tais como a dissipação electrostática (ESD) {106 - 108 Ω.cm}, a pintura electrostática {104 - 106 Ω.cm}, IEM que protege {103 - 101 Ω.cm}, e a protecção do curto circuito {< 10 Ω.cm}.

A seguinte figura representa as curvas da infiltração possíveis com os níveis da carga de CNF e as condições diferentes da tesoura. Uns níveis Mais Altos da tesoura durante o processamento composto conduzem a uns pontos iniciais mais altos da infiltração.

Figura resistividade elétrica de 2. Volumes dos compostos feitos com o CNF em função da carga do peso da fibra.

Reforço Mecânico

A medida Directa em fibras individuais da escala do nanômetro foi conseguida somente recentemente e somente reprodutìvel em quantidades limitadas. Ozkan e outros executou medidas cuidadosas da resistência à tracção directamente em nanofibers individuais do carbono e mediu as forças verdadeiras. Baseado na área de secção transversal anular, as forças foram encontradas para ser tão altas quanto 8,7 GPa, que aproxima a força de microfibers da grafite. O módulo do nanofiber do carbono é pressupor para ser 600 GPa baseado em medidas directas das classes do pai de nanofiber do carbono, ou o carbono vapor-crescido macroscópico fibers.6 Quando incorporado em compostos poliméricos, o nanofiber do carbono pode aumentar a resistência à tracção, a força da compressão, o módulo Young, a força de tesoura interlaminar, a dureza da fractura, e o umedecimento da vibração do polímero baixo. A extensão da melhoria é dependente do tipo de polímero, o grau de dispersão, e de processar a história.

Figura 3. Vista Geral das propriedades mecânicas de materiais compostos CNF-baseados.

Propriedades Térmicas

A condutibilidade térmica do nanofiber do carbono pode ser pressupor para ser 2000 W/m-K outra vez, com base em medidas directas das classes do pai de nanofibers do carbono, ou fibras vapor-crescidas macroscópicas do carbono. Dos três tipos do nanofiber do carbono, somente o nanofiber tratou tèrmica o nanofiber a 2900+°C (Pancada de Aldrich. O No. 719781) fornece um impulso significativo à condutibilidade térmica do composto do polímero. Lafdi e Matzek podiam conseguir um aumento da condutibilidade térmica de 0,2 W/m-K para a resina de cola Epoxy a 2,8 W/m-K para um Vapor de 20 WT % - composto crescido de CNF. Estes resultados indicam que, ao contrário da força ou da rigidez, o bom acoplamento à matriz não é necessário para conseguir a condutibilidade térmica alta, fazendo a composição de menos crítico.

Outros pesquisadores centraram-se sobre o incêndio - propriedades retardadoras dos nanofibers do carbono em materiais termoplásticos. Compostos carregados com os nanofibers do carbono e expor às taxas máximas atrasadas e mais baixas da chama exibida do calor de liberação, as mais baixas emissões de fumo, e a nenhuma gotejamento ou associação do polímero derretido.

Relações que descrevem o desempenho de CNF como uma chama - o aditivo retardador em compostos poliméricos está disponível no Web site dos NIST (National Institute of Standards and Technology):

CNFs no Poliuretano Flexível Espuma

CNFs na Argila Espuma

Inflamabilidade do Corte de CNFs da Mobília Estofada

Figura 4. Aumentou a Retardação do Incêndio de CNFs contra o Talco e as Argilas. Usado com autorização do NIST: Polímero para Tecnologias Avançadas, Em junho de 2008

Dado que a grafite tem uma baixa expansão térmica, os compostos poliméricos carregados com os nanofibers do carbono foram esperados mas foram mostrados não somente ter uns coeficientes substancialmente mais baixos da expansão térmica de do que a matriz pura.

Figura 5. Um gráfico para mostrar o coeficiente reduzido do exapansion térmico (CTE) de uns 15 % do composto do vol CNF contra o material de polímero puro.

Sobre o Sigma Aldrich

O sigma-Aldrich® é uma empresa alta-tecnologia principal. Através de nossos Centros da Química dos Materiais de Excelência na pesquisa e na fabricação nós desenvolvemos avançado, permitindo materiais para seu micro/nanoelectronics, a energia alternativa, o indicador/óptica electrónica, a nanotecnologia e ciência de materiais relacionada e projetando aplicações. As Especialidades incluem precursores de ALD, alogenuros inorgánicos da pureza ultra-alta, materiais da célula combustível, tinturas eletrônicas da categoria, monómeros da especialidade e polímeros da categoria do cGMP.

Source: Sigma Aldrich

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor o Sigma Aldrich

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

Last Update: 14. June 2013 07:14

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