采用TX-10 表面活性劑作為分散劑,并用超聲波振蕩方法對碳納米管(CNTs)進(jìn)行了分散處理。利用透射電鏡(TEM)觀察了超聲波振蕩時(shí)間對碳納米管分散狀態(tài)的影響,并評價(jià)了碳納米管的損傷。此外,通過靜置懸濁液觀察沉淀的方法,研究了該體系的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,CNTs 的直徑越小其抗彎截面系數(shù)也越小,在超聲波側(cè)向沖擊的作用下產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力越大,超聲波振蕩造成的損傷也越嚴(yán)重,*終導(dǎo)致較細(xì)納米碳管在剪切的作用下長度急劇下降,這也是影響CNTs 分散性及其懸濁液穩(wěn)定性的重要原因。
本研究利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 .5% 表面活性劑TX-10 的水溶液作為分散劑,對直徑8 ～ 15 nm 、20 ～ 30nm 和30 ～ 50 nm 的CNTs 進(jìn)行了超聲波分散。把分散過程中超聲波對CNTs 的損傷作為本研究的重點(diǎn)進(jìn)行了深入的研究和討論。此外,從CNTs 損傷的角度揭示了不同形態(tài)的CNTs 對其分散性和分散后懸濁液的穩(wěn)定性的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明:
(1) 超聲波振蕩可以造成CNTs 損傷,特別是直徑為30 nm 以下CNTs 的損傷情況極其嚴(yán)重:在振蕩8 h 的條件下,直徑為8 ～ 15 nm 的CNTs 損傷非常嚴(yán)重,管壁發(fā)生了極度的扭曲現(xiàn)象,CNTs 的長度減小到0 .1 μm 。
(2 ) 由于CNTs 的橫截面抗彎截面系數(shù)和CNTs 直徑的立方成正比,因此在相同強(qiáng)度側(cè)向沖擊力的作用下,CNTs 的直徑越小,CNTs 管壁產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力越大;這是導(dǎo)致較小直徑CNTs 容易受到扭轉(zhuǎn)損傷的重要原因
(3) CNTs 直徑越小,超聲波作用下CNTs 的損傷越嚴(yán)重、長徑比下降越多,導(dǎo)致越容易分散,穩(wěn)定性越好:8 ～ 15 nm 的CNTs 超聲振蕩6 h 可以分散完全,20 ～ 30 nm 的CNTs 超聲振蕩6 h 可以達(dá)到*佳分散狀態(tài),30 ～ 50 nm 的CNTs 需要8 h ;超聲波振蕩8 h 后,8 ～ 15 nm 的CNTs 的懸濁液能保存30 d ,20 ～ 30 nm 的CNTs 的懸濁液能保存10 d ,而30 ～ 50 nm 的CNTs 懸濁液只能保存6 d 。