胡于南

摘 要：用砂磨機對多壁碳納米管分散。探索了研磨時間、分散劑用量對多壁碳納米管分散效果的影響。實驗表明，砂磨機對碳納米管形成了顯著的剪切效果，極大地減小了長徑比。研磨時間越長，碳管長度越小，4h時碳管長度減少到1μm。水性分散劑明顯降低了體系的粘度，改善了碳管的分散效果。碳管與分散劑的比例為5：4時達到最佳的分散效果。

關鍵詞：碳納米管；BYK；砂磨機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.212

0 引言

碳納米管表面缺陷少，缺乏活性基團，在水及各種溶劑中的溶解度都很低。另外，碳納米管之間存在較強的范德華力，加之它巨大的比表面積和長徑比，使其極易形成團聚或纏繞。要發(fā)揮碳納米管優(yōu)異性能使其廣泛應用，如何均勻穩(wěn)定地分散碳納米管是亟需解決的關鍵性問題[1]。

由于碳納米管具有優(yōu)異的結構和性能，近年來，對其改善復合材料性能的研究已經成為納米材料領域的前沿和熱點，碳納米管在基體中的分散性對其發(fā)揮功能性有重要影響[2]。砂磨機工藝具有剪切力大、效率高等特點，是納米粉體的有效分散工藝。

1 實驗

1.1 材料

碳納米管，純度 >97%，雜質 <3%，直徑40-60nm，長度 < 5微米，深圳市金科特種材料股份有限公司。分散劑BYK-190，德國ALTANA集團畢克化學公司。

1.2 球磨

采用規(guī)格型號為 Mini-Easy的砂磨機，北京瑞馳拓維科技有限公司。采用ZrO2磨球，日本Nikkato公司，直徑 2 mm，密度6 g/cm3。研磨腔體容量大小為400mL，其中超過一半體積的鋯珠；用不同質量BYK與10g碳納米管加水在砂磨機中以2000 rpm的轉速球磨，在不同時間段進行取樣。

1.3 測試方法

采用日立 Hitchis-3400 掃描電鏡觀察碳納米管形貌；用毛刷蘸取碳納米管分散取樣，在不導電吸水紙上涂刷一次，待烘干后反復重復五次測定既定長度的點阻值，再計算單位長度的平均電阻值。

2 結果及分析

2.1 球磨時間對分散效果的影響

球磨時間對碳納米管的影響如以上電鏡圖所示，在砂磨機中研磨30分鐘碳納米管依然可以看出其呈現長條狀，碳納米管長度都在5微米以上。研磨1小時，長度降到1微米到5微米之間；研磨2小時，碳納米管長度都在3微米以下；研磨3小時，碳納米管長度都在1微米以下；研磨4小時和5小時，碳納米管呈現被打碎并團聚的電鏡效果?？傊?，隨著砂磨機研磨時間增加，碳納米管長度越來越短，研磨4小時可以達到明顯的研磨效果，此時碳納米管長度都在1微米以下。

2.2 分散劑量對碳納米管性能發(fā)揮的影響

由掃描電鏡圖可以知，隨球磨時間增加，碳納米管分散效果編號，對應試樣的電阻值應當越小。加入12.5gBYK時，碳納米管的導電性不增反降，說明BYK過多導致碳納米管性能發(fā)揮變差，另兩組從開始研磨到結束，導電性一直程遞增趨勢，也證明了球磨4小時碳納米管的分散效果明顯升高。

3 結論

（1）砂磨機分散對碳納米管形成了顯著的剪切效果，極大地減小了長徑比。

（2）碳納米管分散效果與其在砂磨機中球磨時間相關，且隨時間增加分散效果明顯變好。

（3）水性分散劑BYK-190明顯降低了體系的粘度，改善了碳納米管的分散效果。碳納米管與分散劑的質量比為5：4時分散效果最佳且不影響碳納米管的性能發(fā)揮。

參考文獻：

[1]姚武，陳雷，劉小艷.碳納米管分散性研究現狀[J].材料導報A： 綜述篇，2013，27（05）：47-50.

[2]羅健林，段忠東.表面活性劑對碳納米管在水性體系中分散效果的影響[J].精細化工，2008，25（08）：733-738.endprint