У багатьох передових промислових і спеціальних матеріалах інженери часто стикаються з критичним питанням: чи можуть вуглецеві нанотрубки витримувати екстремальні умови експлуатації? Наприклад, високо{0}}температуростійкі покриття навколо аерокосмічних двигунів, анти-корозійне покриття для хімічно сильних кислотних і лужних реакторів або вогнестійкі-матеріали для високо-кабелів напруги. Наскільки стабільні вуглецеві нанотрубки під впливом високої температури/сильної кислоти/сильного лугу? Якщо ці фізико-хімічні межі чітко не зрозумілі, додавання не тільки не досягне очікуваної продуктивності, але також може призвести до серйозних інженерних аварій. Сьогодні ми використаємо дані реальних випробувань, щоб виявити справжню продуктивність вуглецевих нанотрубок у екстремальних умовах.
Високо{0}}температурна стабільність вуглецевих нанотрубок: окислення – єдина ахіллесова п’ята
У середовищі інертного газу або вакууму вуглецеві нанотрубки можуть витримувати температури, що наближаються до 3000 градусів. Однак у повітрі, що містить-кисень, окисне розкладання починається при температурі вище 400 градусів.
Вуглецеві нанотрубки складаються з чистих зв’язків sp² carbon-carbon, що забезпечує їм надзвичайно високу термічну стабільність. Однак у практичних застосуваннях переважна більшість середовищ містить кисень. Ключовим фактором, що визначає стійкість вуглецевих нанотрубок до окислення на повітрі, є «щільність дефектів» і «ступінь графітизації» стінок трубки. Аморфні вуглецеві домішки та атоми вуглецю в структурних дефектах мають вищу енергію і є кращими місцями атаки кисню за високих температур.
| Тип вуглецевих нанотрубок | Ступінь графітизації | Початкова температура окислення на повітрі (Ti) | Швидкість залишків при 800 градусах у повітрі | Допустима температура в інертному газі |
|---|---|---|---|---|
| Необроблені багатостінні труби (низької чистоти) | Низький | ~350 градусів | >5% (висока зольність) | 2000 градусів |
| Багатостінні трубки-високої чистоти- (99%+) | Відносно високий | ~450 градусів | <0.5% | 2500 градусів |
| Одностінні-вуглецеві нанотрубки | Дуже висока | ~500 градусів | <0.1% | >2800 градусів |
(Примітка: наведені вище дані базуються на стандарті термогравіметричного аналізу ASTM E1131 зі швидкістю нагрівання 10 градусів/хв у повітряній атмосфері.)
Дані показують, що якщо ваша заявка стосується високотемпературних-кисневмісних-середовищ (наприклад, високо-теплопровідні силіконові мастила або-вогнестійкий пластик), необхідно вибрати вуглецеві нанотрубки високої-чистоти, які пройшли високу-температуру відпалу. В іншому випадку матеріал почне «випаровуватися» при температурі вище 300 градусів.
Сильна кислотна стійкість вуглецевих нанотрубок: явний подвійний-ефект меча
Вуглецеві нанотрубки надзвичайно стабільні у звичайних слабких кислотах. Однак у сильних кислотних умовах, таких як змішані кислоти з нагріванням, кришки трубок і дефекти стінок будуть розрізані окисленням, викликаючи незворотні структурні пошкодження.
Під час модифікації матеріалів ми часто використовуємо змішаний розчин концентрованої сірчаної кислоти та концентрованої азотної кислоти (3:1 за об’ємом) для «кислотного-промивання» вуглецевих нанотрубок для щеплення карбоксильних груп. Але це, по суті, деструктивний процес. Згідно з посібником із визначення характеристик ISO/TS 11308, тривала обробка сильною кислотою значно зменшує співвідношення сторін вуглецевих нанотрубок, «розрізаючи» їх на короткі трубки, що призводить до суттєвого зниження характеристик провідної мережі.
| Середовище занурення | Умови лікування | Зміна середньої довжини | Зміна функціональної групи поверхні | Зміна порогу кондуктивної перколяції |
|---|---|---|---|---|
| 10% розведена соляна кислота (кімнатна температура) | 24 години | Майже без змін | Без істотних змін | Без змін |
| Концентрована сірчана кислота (кімнатна температура) | 48 годин | Злегка вкорочений | Дуже сліди гідроксильних груп | Злегка зросла |
| Змішана кислота (H₂SO₄:HNO₃) при 80 градусах | 2 години | Скорочено більш ніж на 70% | Велика кількість карбоксильних/карбонільних груп | Significantly increased (>3 рази) |
Таким чином, якщо ваш продукт повинен піддаватися сильним кислотним процесам під час виробництва (наприклад, обробці кислотною ванною для певних спеціальних волокон), пряме додавання вуглецевих нанотрубок є неможливим. Необхідно враховувати кислотостійкі шари покриття або коригування послідовності процесу.
Сильна лужна стабільність вуглецевих нанотрубок: напрочуд чудова продуктивність
Вуглецеві нанотрубки виявляють надзвичайно сильну стійкість до сильного лужного середовища. Навіть після тривалого-занурення у-високотемпературний концентрований луг (наприклад, 40% NaOH) їх структурна морфологія та електропровідність майже не руйнуються.
На відміну від сильних кислот, вуглецева мережа sp² вуглецевих нанотрубок природно хімічно інертна до розчинів лугів. У хімічних -корозійних покриттях і сильних лужних електролітах акумуляторів (таких як цинк-повітряні акумулятори та деякі водяні акумулятори) вуглецеві нанотрубки є ідеальними провідними наповнювачами.
| Умови тестування | Час занурення | Раманівська спектроскопія Співвідношення ID/IG (характеристика дефектів) | Швидкість втрати маси | Зміна провідності |
|---|---|---|---|---|
| 40% NaOH (кімнатна температура) | 720 годин | Без істотних змін | <0.1% | Ніякого розпаду |
| 40% NaOH (80 градусів) | 120 годин | Без істотних змін | <0.2% | Ніякого розпаду |
| 40% KOH (кімнатна температура) | 720 годин | Без істотних змін | <0.1% | Ніякого розпаду |
Це означає, що в області сильних лужних антикорозійних покриттів ви можете впевнено використовувати вуглецеві нанотрубки для покращення антистатичної та теплопровідності покриття, не турбуючись про корозію чи руйнування матеріалу.
Новий матеріал Shandong Tanfeng: джерело впевненості виробників у високостабільних вуглецевих нанотрубках-
Новий матеріал Shandong Tanfeng, покращуючи ступінь графітизації та зменшуючи щільність дефектів стінок труб, значно підвищує стійкість до окислення та корозії вуглецевих нанотрубок, що робить його кращим виробником джерел для екстремальних умов експлуатації.
Для досягнення максимальної ефективності вуглецевих нанотрубок у високих-температурах або корозійних середовищах якість самого матеріалу є вирішальним фактором. Новий матеріал Shandong Tanfeng, завдяки глибокому накопиченню процесу, демонструє значні переваги:
Процес-високотемпературного відпалу, покращення стійкості до окислення:Tanfeng New Material представляє запатентований високо{0}}етап високотемпературного графітизаційного відпалу після зростання CVD, виправляючи дефекти решітки в стінках трубок і підвищуючи початкову температуру окислення вуглецевих нанотрубок у повітрі вище 480 градусів, повністю задовольняючи вимоги високо{2}}високотемпературних-пластиків і теплопровідних матеріалів.
Повне видалення домішок, зменшення точок чутливості до кислоти/лугу:Націлюючись на залишки аморфного вуглецю та металевих каталізаторів, які найбільш вразливі до впливу сильних кислот/лугів, Shandong Tanfeng використовує численні процеси очищення для стабільного контролю вмісту золи в межах 0,5%. Без домішок, які "стримують", стійкість до корозії самих вуглецевих нанотрубок повністю звільнена.
Індивідуальні атмосферостійкі-композиції:Для екстремальних умов експлуатації Shandong Tanfeng не тільки забезпечує високо{0}}стабільний порошок, але також пропонує маткові суміші вуглецевих нанотрубок зі спеціальною обробкою пасивації поверхні, що запобігає місцевим реакціям під час обробки сильною кислотою/лугом, забезпечуючи надійну гарантію матеріалів для високо-сфер, таких як аерокосмічна та хімічна анти-корозія.
Стійкість вуглецевих нанотрубок у екстремальних умовах демонструє чітку закономірність: "чудова стійкість до високих-температур (без-кисню)/чудова стійкість до сильних лугів, але сприйнятливі до -середовищ, що містять-кисень, і нагрівання змішаної сильної кислоти". Вибираючи матеріали, важливо відповідати їм відповідно до фактичної температури обробки та хімічного середовища. Якщо ви шукаєте високоякісні-вуглецеві нанотрубки, які зберігають структурну стабільність у складних умовах експлуатації, Shandong Tanfeng New Material, завдяки своїм виробничим перевагам високої кристалічності та низького рівня дефектів, безсумнівно, є партнером, якому ви можете довіряти.