В изследването и разработването на модифицирани пластмаси, захранващи батерии и анти{0}}статични покрития, въглеродните нанотръби отдавна са станали почетни гости в проводящи формули. Въпреки това, много инженери, които тепърва започват, често задават-въпрос: доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят електрическата проводимост? Някои хора добавят 0,5% и постигат 10³ S/m проводяща пластмаса, докато други добавят 3% и все още се борят на ръба на изолатора. Колко голям скок в проводимостта може да донесе този материал, в никакъв случай не е въпрос на догадки или просто копиране на литература. Днес ще оставим настрана лъскавите теории и ще използваме солидни данни от производствената линия, за да разкрием подробно ползите от проводимостта на въглеродните нанотръби.
1. Основен механизъм: Как въглеродните нанотръби постигат порядък--скок в проводимостта?
Въглеродните нанотръби могат да увеличат проводимостта на изолационните полимери с 8 до 12 порядъка. Ядрото се крие в тяхното изключително високо аспектно съотношение, което незабавно изгражда физически припокриваща се три-измерна проводима мрежа.
За да разберете доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят електрическата проводимост, първо трябва да разберете "прага на просмукване". Проводимостта на матрица от чиста смола (като PE, PC) обикновено е от порядъка на 10⁻¹4 S/m, което я прави абсолютен изолатор. Когато се добавят въглеродни нанотръби, стига добавеното количество да пресече критичната точка (прага на просмукване), тръбите незабавно се припокриват, за да образуват мрежа, електроните получават път и проводимостта претърпява експоненциален скок, директно скачайки до порядъка на 10⁻² или дори 10² S/m. Този внезапен преход от изолация към проводимост е абсолютно несравним с традиционните сферични проводящи въглеродни сажди (които изискват високи количества на добавяне, за да образуват покриващ филм).
2. Едностенни-срещу много{3}}стенни: Колко голяма е количествената разлика в подобряването на проводимостта между тръбните структури?
Едностенните въглеродни нанотръби, благодарение на техните перфектни балистични транспортни свойства и изключително голямо аспектно съотношение, имат ефективност на повишаване на проводимостта от 5 до 10 пъти по-висока от тази на многостенните въглеродни нанотръби, с изключително нисък праг на просмукване.
Когато се изправим пред въпроса доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят електрическата проводимост, отговорите, дадени от едно-стенни (SWCNTs) и много-стенни (MWCNTs) са драстично различни. Едностенните-тръби имат изключително малки радиални размери (~1 nm), могат да достигнат дължини от десетки микрони, имат аспектно съотношение над хиляда и имат много малко дефекти, така че електроните почти не изпитват разсейване по време на транспортиране. Много{6}}стенните тръби, от друга страна, имат разпръскване на дефекти между слоевете. Това води до гъстота на мрежата и свързаност на възли, изградени от едно-стенни тръби, далеч надвишаващи тази на много-стенни тръби при същото допълнително количество.
| Ключов индикатор за проводимост | Едностенни-въглеродни нанотръби (SWCNT) | Много{0}}стенни въглеродни нанотръби (MWCNT) |
|---|---|---|
| Вътрешна проводимост | 10⁶ - 10⁷ S/m (балистичен транспорт) | 10⁴ - 10⁵ S/m (съществува разсейване) |
| Праг на просмукване | 0.01 - 0.1 тегл.% | 0.5 - 3.0 тегл.% |
| Проводимост при добавяне на 1 тегл.% | 10³ - 10⁴ S/m | 10¹ - 10² S/m |
| Ефект върху цвета на матрицата | Много малко добавяне може да постигне проводимост, може да бъде светъл-оцветен | Изисква високо добавяне, може да бъде само чисто черно |
3. Разбивка на сценария за приложение: Доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят проводимостта в различни системи?
В различните матрици и целеви системи подобрението на проводимостта, което въглеродните нанотръби могат да осигурят, варира значително. Кристалните полимери с висока-полярност обикновено постигат по-висок скок на проводимостта по-лесно от аморфните полимери с ниска-полярност.
Когато оценявате доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят електрическата проводимост, абсолютно не можете да се отделите от конкретни сценарии на приложение. При литиевите батерии целта е да се намали съпротивлението на електродния лист. При пластмасите това е за постигане на анти-статично или EMI екраниране. При покритията това е рязък спад на повърхностното съпротивление. Полярността на матрицата, вискозитетът на стопилката и силата на срязване при обработка влияят директно върху морфологията на мрежата от въглеродни нанотръби в крайния продукт.
| Сценарий за приложение | Индикатор за целево изпълнение | Препоръчителен тип CNT | Типична добавена сума | Обхват на подобряване на проводимостта |
|---|---|---|---|---|
| Анти{0}}пластмаси | Повърхностно съпротивление 10⁶-10⁹ Ω/кв | MWCNTs | 1.0 - 2.5 тегл.% | Изолатор → Анти{0}}статичен клас (8 порядъка на подобрение) |
| EMI екраниращи пластмаси | Volume conductivity >10² S/m | MWCNTs/SWCNTs | 3.0 - 8.0 тегл.% / 0,5-2 тегл.% | Изолатор → Проводим клас (12 порядъка на подобрение) |
| Проводима добавка за литиева батерия | Electrode sheet resistivity reduction >40% | SWCNTs (няколко-стенни) | 0.02 - 0.1 тегл.% | В сравнение с чистите въглеродни сажди, вътрешното съпротивление спада рязко, способността за скорост се подобрява |
| Антистатично покритие на-водна основа | Повърхностно съпротивление<10⁶ Ω/sq | MWCNT паста на-водна основа | 1.5 - 3.0 тегл.% (сухо тегло) | Изолиращо покритие → Постоянно анти{0}}статично (9 порядъка на подобрение) |
Референтни данни: Мулти{0}}системна измерена база данни от изследователски и развойен център Shandong Tanfeng New Material Application
4. Реална-световна болка: Защо вашата формула не може да постигне свръх-високата проводимост, открита в литературата?
Поради трудностите при дисперсията и разрушаването при срязване в действителните производствени линии, действителният ефект на подобряване на проводимостта на въглеродните нанотръби в промишлените продукти често достига само около 30% от теоретичната стойност.
Много хора добавят 0,5% CNT въз основа на литературата, само за да открият, че измереното съпротивление все още е абсурдно високо. защо Тъй като в литературата се използва сонда с ултразвук + центробежно ръчно-смесване за перфектна дисперсия, докато производствената линия използва двушнекови екструдери или перлени мелници. Въпреки че високата сила на срязване може да отвори агломерати, тя също безмилостно скъсява въглеродните нанотръби. След като аспектното съотношение спадне рязко от 1000 на 100, перколационната мрежа се разкъсва и проводимостта естествено страда от голяма отстъпка. Да не говорим за твърдите агломерати, които не са разбити, които не само не могат да провеждат електричество, но също така се превръщат в точки на концентрация на напрежение.
5. Упълномощаване на производителите: Как Shandong Tanfeng помага на клиентите да изстискат крайната граница на проводимост на въглеродните нанотръби?
Избирането на производител на източник като Shandong Tanfeng, който владее основните технологии за персонализиране на-пропорция-съотношение и-изработка на паста, може ефективно да избегне загубата на пропорция на пропорцията и агломерацията, реализирайки максималния потенциал за проводимост на въглеродните нанотръби при изключително ниски количества на добавяне.
Ако винаги се борите с това доколко въглеродните нанотръби могат да подобрят електрическата проводимост, но постоянно се възпирате от лоша диспергируемост на праха, проблемът вероятно е в края на суровината. Като професионален производител на CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. намалява загубата на проводимост при източника на синтез, осигурявайки производителност без компромис:
Персонализиране с ултра{0}}високо съотношение: Conductivity is positively correlated with aspect ratio. Through precise catalysis, Shandong Tanfeng provides multi-walled and single-walled tubes with aspect ratios >1500. В сравнение с обикновените търговски тръби (съотношение на страните<300), the overlap nodes increase by more than 5 times at the same addition amount, allowing 2% addition to achieve the conductivity effect of 5%.
In-Situ De-Entanglement Anti{2}}Fracture Technology:Насочвайки се към точката на болка при счупване, причинено от силно срязване, Shandong Tanfeng използва технология за заплитане in{0}}situ de-в края на синтеза, като поддържа тръбните снопове свободни и не плътно агломерирани. Надолу по веригата те могат да бъдат намокрени и разпръснати при ниска сила на срязване, като се максимизира запазването на пропорциите. Проводимостта е подобрена с повече от 40% в сравнение с традиционния твърд-агломериран прах.
Готова-за-използване проводяща паста:Shandong Tanfeng предоставя предварително-диспергирани пасти за системи на NMP, водна-базирана и-смола, с микронно-ниво истинска едно-тръбна дисперсия (D90<5 μm), completely eliminating secondary agglomeration. In lithium battery and coating systems, the paste products allow carbon nanotubes to exert 100% of their effectiveness, with measured electrode sheet resistivity significantly reduced, helping customers achieve more extreme conductivity targets at lower cost.
Заключение
Връщайки се към първоначалния въпрос: колко можевъглеродни нанотръбиподобряване на електрическата проводимост? От 8-порядък-от-скок на анти-статично представяне до 12-порядък-от-скок в магнитуд на EMI екраниране, неговият потенциал е огромен. Всичко това обаче се основава на предпоставката, че можете да постигнете прага на просмукване, да изберете правилния тип тръба и да преминете препятствието на процеса на дисперсия и счупване на тръба. Вместо да се борите с по-лошия прах на производствената линия, по-добре е да използвате техническата мощ на производител на източници като Shandong Tanfeng, като използвате персонализирани продукти с високо-пропорции и предварително диспергирани пасти, за да превърнете всеки грам въглеродни нанотръби в най-мощния проводящ двигател във вашата формула.