碳納米管觸摸屏於2007~2008年首次研發成功,並由天津付娜源創公司於2011實現產業化。到目前為止,許多智能手機都使用碳納米管材料制成的觸摸屏。與現有的氧化銦錫(ITO)觸摸屏不同,氧化銦錫中含有稀有金屬“銦”,碳納米管觸摸屏的原料為甲烷、乙烯、乙炔等烴類氣體,不受稀有礦產資源的限制;其次,鋪膜法制作的碳納米管薄膜具有導電各向異性,就像天然的內置圖形壹樣,不需要光刻、刻蝕和水洗的過程,節約大量的水和電,更加環保節能。工程師還開發了壹種利用碳納米管導電各向異性的定位技術,只需要壹層碳納米管薄膜就可以判斷觸摸點的X和Y坐標。碳納米管觸摸屏還具有柔性、抗幹擾、防水、防磕碰、防刮擦的特點,可以做成曲面觸摸屏,應用於可穿戴設備、智能家具等產品的潛力很大。
據物理學家組織網和BBC 9月26日2013報道,美國斯坦福大學的工程師在新壹代電子設備領域取得突破,首次用碳納米管建造了壹臺計算機原型,比基於矽片模式的計算機更小、更快、更節能。
瑞士洛桑聯邦理工學院電氣工程學院主任Giovanni de mikkeli教授強調了這壹世界性成就的兩個關鍵技術貢獻:首先,基於碳納米管電路的制造工藝到位。其次,建立了壹個簡單有效的電路,表明利用碳納米管進行計算是可行的。下壹代芯片設計與研究聯盟和伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的納雷什教授評論說,盡管碳納米管計算機可能還需要幾年時間才能成熟,但這壹突破凸顯了未來碳納米管半導體工業化生產的可能性。
氫氣被許多人視為未來的清潔能源。而氫氣本身密度較低,壓縮成液體儲存非常不方便。碳納米管重量輕,結構中空,可以作為儲存氫氣的優良容器,儲存的氫氣密度甚至高於液態或固態氫氣。適當加熱,氫氣可以慢慢釋放出來。研究人員正試圖用碳納米管制造便攜式儲氫容器。
碳納米管可以填充金屬、氧化物和其他物質,使得碳納米管可以用作模具。先在碳納米管中填充金屬等物質,再刻蝕掉碳層,這樣就可以制備出最細的納米級線或者全新的壹維材料,應用於未來的分子電子器件或者納米電子器件中。壹些碳納米管本身也可以用作納米尺度的線。通過這種方式,由碳納米管或相關技術制成的微絲可以被放置在矽片上,以產生更復雜的電路。
利用碳納米管的特性可以制成許多優異的復合材料。例如,用碳納米管增強的塑料具有優異的機械性能、良好的導電性、耐腐蝕性和屏蔽無線電波。以水泥為基體的碳納米管復合材料具有良好的抗沖擊性、抗靜電性、耐磨性和高穩定性,不易影響環境。碳納米管增強陶瓷復合材料具有高強度和良好的抗沖擊性能。由於碳納米管上五元環缺陷的存在,反應活性增強。在高溫等物質條件下,碳納米管容易在端面開口形成管狀,容易被金屬滲透,與金屬形成金屬基復合材料。這種材料具有高強度、高模量、耐高溫、熱膨脹系數小、抗熱變形能力強。
碳納米管還為物理學家提供了研究毛細現象機理的最佳毛細管,為化學家提供了納米化學反應的最佳試管。碳納米管上的微小顆粒可以導致碳納米管在電流中的擺動頻率發生變化。利用這壹點,在1999年,巴西和美國的科學家發明了壹種“納米秤”,精確度為10-17kg,可以稱量單個病毒的質量。然後德國科學家開發了壹種可以稱單個原子重量的“納米秤”。
碳納米管分散劑的使用介紹及建議
以無錫王駒塑膠材料有限公司的碳納米管和碳納米管分散劑為例,研究和實踐經驗如下:
壹、碳納米管分散技術的三個要素
二、分散劑的推薦用量
三。碳納米管水分散劑概述
四。超聲波分散設備的使用建議和分散實例
動詞 (verb的縮寫)研磨分散設備的使用建議
碳納米管分散技術的三要素:分散介質、分散劑和分散設備
1,分散介質
(1)根據粘度的不同,分散介質可分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在水和有機溶劑等低粘度介質中,碳納米管易於分散。液體環氧樹脂、液體矽橡膠等中等粘度介質。高粘度介質,例如熔融塑料。
(2)這裏介紹的碳納米管分散技術是針對中低粘度分散介質的。
2.分散劑
(1)分散劑的選擇與分散介質的結構、極性和溶解度參數密切相關。
(2)分散劑的用量與碳納米管的比表面積和價鍵修飾的官能團有關。
(3) TNWDIS被推薦作為水性介質。在強極性有機溶劑中,如酒精、DMF和NMP,建議使用TNADIS。建議使用中極性有機溶劑,如酯類、液體環氧樹脂和液體矽橡膠。
3.分散設備
(1)超聲波分散設備:非常適合在實驗室規模和低粘度介質中分散碳納米管,但在中高粘度介質中使用時會受到限制。
(2)研磨分散設備:適用於碳納米管的大規模分散和碳納米管的中等粘度介質分散。
(3)采用“先研磨分散,再超聲分散”的組合方法可以高效穩定地分散碳納米管
分散劑的推薦劑量。
1,碳納米管的比表面積和分散劑的用量
我們的試劑級碳納米管分為單壁管(外徑
TNWDIS推薦用量:單壁管重量的3.5倍,TNM 1重量的1.0倍,TNM8重量的0.2倍。剩余劑量的參考調整
2.碳納米管的功能化及分散劑的用量
功能化的碳納米管更容易分散在水中。壹般碳納米管羧基化後,分散劑的用量可以減少50%。
TNWDIS推薦用量:1.5-1.8倍羧基化單壁管重量,0.5倍羧基化TNM1重量,0.1倍羧基化TNM8重量。
3.對於TNADIS,TNM8的推薦劑量為體重的0.2倍。對於TNEDIS,TNM8的推薦劑量是體重的0.8倍。
其他碳納米管分散劑的用量可以參考調整。
碳納米管水分散劑概述
1,不含烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)的非離子表面活性劑,環保。從1976開始,歐洲各國紛紛制定法律法規,限制APEO的生產和使用。
2.含有芳香基團,特別適合制備碳納米管的水分散體。芳香基團與碳納米管壁有很好的親和力,容易吸附在壁上。
3.績效指標
活性物質含量:90%
含水量:10%
濁點:68-70℃
碳納米管水分散劑的結構
文獻報道了三種常用於分散碳納米管的表面活性劑。
使用超聲波分散設備的建議
1、超聲波粉碎機(尖型)、超聲波清洗器(浴型)都可以用來分散碳納米管。
2.超聲波粉碎機發出的超聲波能量密度高(能量集中在喇叭上而不是壹個平面上),頻率低,更適合碳納米管的分散。根據碳納米管分散液的量,選擇合適的超聲粉碎機功率和變幅桿直徑。
3.在水介質中,超聲波的空化作用會使TNWDIS產生少量泡沫,影響超聲效果。可以選擇靜置或者添加消泡劑消除泡沫。
粘度大的介質不適合超聲設備分散,建議選擇研磨分散設備。
通過超聲波粉碎機制備分散體的實例
1.目的:制備碳納米管含量為2%的100g多壁碳納米管(TNM8)水分散體。
2.主要設備
(1)Scientiz-ⅱD超聲波細胞粉碎機(國產)。使用的超聲喇叭為φ 6,輸出功率為60%,超聲開啟時間3s,超聲關閉時間3s,總超聲時間5min。
(2)SC-3614低速離心機(國產)
(3)HCT-1微機差熱天平(國產)
操作步驟(1)
1.將0.40克分散劑TNWDIS溶解在97.60克去離子水中。TNWDIS在室溫下溶解度較低,可通過水浴加熱溶解,但使用溫度不得超過其濁點溫度。
2.加入2.00克碳納米管並攪拌,使碳納米管完全被分散劑水溶液潤濕,而不是漂浮在水面上。
3.開始超聲波檢查。在超聲的過程中,分散體會產生熱量和氣泡,所以建議超聲5分鐘後,可以將分散體取出,在冰水中冷卻,消泡,然後繼續超聲。
4.離散度的觀察。用玻璃棒將少量分散液浸入清水中,觀察稀釋狀態。分散的碳納米管就像壹滴墨水落入水中,在水中迅速而均勻地散開,而不分散的碳納米管在水中會有黑色的顆粒。總超聲時間為30分鐘(5分鐘×6次)。
5.超聲波處理後,將分散體離心沈降以除去未分散的團聚顆粒。離心速度為2000轉/分鐘,離心時間為30分鐘。離心後,分散液可保持穩定半年以上。
6.離心後,上層液體通過300目濾布以獲得最終的碳納米管分散體。將下層沈澱物幹燥至恒重,記為G2。用熱重分析法分析沈澱,450℃下的熱失重率f(%)定義為沈澱中分散劑的含量。
7.碳納米管在分散體中的實際含量(%)=2.00-(1-f)× G2。
研磨分散設備的使用建議
1.制備1-2升的碳納米管水分散體,可以選用實驗室分散砂磨機,研磨介質可以是1.0-1.2 mm的矽酸鋯珠或氧化鋯珠。
2.為了制備碳納米管的10-20L分散體,可以選擇小型籃式砂光機。研磨介質為矽酸鋯珠或設備允許的較小直徑的氧化鋯珠。
3.在水介質砂研磨過程中,應加入消泡劑,以減少泡沫對分散效果的影響。
4.對於中等粘度的分散介質,如液體環氧樹脂,砂磨機無法有效帶動介質運動,可以選擇圓錐磨或三輥磨進行研磨分散。