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0.1%单壁碳纳米管,就实现了塑料导电!
2019/12/21 点击 4443 次

中国粉体网讯  碳纳米管可看作是由石墨烯卷起来直径只有几纳米的微管,按照层数来分类,可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。



 

由于尺寸的减小和表面状态的改变,碳纳米管可表现出纳米材料的一些固有性能,加上其特有的螺旋结构,具有良好的力学、电磁学、热学性能。这些独有的特性使碳纳米管在锂电池的应用上也大展拳脚。

 

碳纳米管部分应用简介

 

(1)储氢材料

 

碳纳米管(CNTs)管道结构以及多壁碳纳米管(MWCNTs)之间的类石墨层空隙,因此碳纳米管(CNTs)能够成为很有潜力的储氢材料。

 

(2)催化剂载体

 

碳纳米管(CNTs)能够使体系的晶体结构和电子结构产生明显的改变,因此表现出特殊的电子效应和表面效应。碳纳米管(CNTs)担载催化剂后能够极大地提高催化剂的选择性和活性。

 

(3)负极材料

 

由于层间距为0.34nm的碳纳米管大于层间距为0.335nm的石墨,使碳纳米管有利于锂离子的嵌入与迁出。当碳纳米管(CNTs)掺杂石墨时能够提高石墨负极的导电性,从而消除极化。

 

(4)环保应用

 

由于碳纳米管(CNTs)具有比表面积大,再生性能好以及重复利用的特点,碳纳米管可以用作净水剂,能去除水中的细菌和悬浮物,其吸附能力是普通净水剂的10-20倍。

 

OCSiAl与单壁碳纳米管

 

单壁碳纳米管,常被称为“改变未来的神奇材料”,只需添加千分之一甚至万分之一,即可显著改善材料的性能。单壁碳纳米管的特性是超级强韧、高导电,现已广泛应用于航空航天、汽车、建筑、矿业、电子和交通行业。

 

OCSiAl是全球首家量产工业化应用单壁碳纳米管的公司,2014年开始进入市场,当时OCSiAl以低于市场价75倍的价格,为客户供应单壁碳纳米管,使得碳纳米管材料易于被许多行业所接受。


 


OCSiAl Hong Kong总裁Grigory Gurevich说:“单壁碳纳米管由一种特殊结构的碳聚集组合起来,可以给许多不同材料带来奇异的性能改善,例如导电性、导热性及其他一些物理特性。可以说这是它的主要特点,所以它是一种多用途添加剂,适用于许多不同物质。”




如OCSiAl在锂电行业推出的单壁碳纳米管产品,即TUBALL™FOIL,一位OCSiAl客户分享了自己的使用感受:“TUBALL™FOIL的电阻小于与其最有可比性的碳涂层箔的电阻。厚度大幅减小提高了电池的能量密度。同样重要的是,我们在焊接极耳过程中没有遇到任何问题。”

 

单壁碳纳米管实现塑料导电

 

而在近日,全球最大的单壁碳纳米管生产商OCSiAl,将单壁碳纳米管应用于生产高性能导电塑料,以及抗静电、透明的包装材料,目前已经取得了很多成功案例。

 

单壁碳纳米管作为基础材料改性的高级添加剂,主要优势在于:优异的导电性和重量比(跟铜一样导电,但比铜轻5倍),耐高温性能(高达1000°C)和高强度(比钢强100倍)。添加量可低至0.01%的单壁碳纳米管,可使制造商在生产终端产品时,降低原材料成本,从而降低了产品价格。


 


OCSiAl及其合作伙伴,将单壁碳纳米管应用于主要的热塑性复合物中已取得了成功,包括:温室聚乙烯薄膜、抗静电聚酰胺、滚塑容器、PVC塑料溶胶等。只需添加0.002%—0.1%的单壁碳纳米管,即可实现均匀稳定的导电性,同时可以保持塑料的高透明度、饱和色彩和优异的机械性能。

 

其合作伙伴金发科技股份有限公司的高级研发工程师赵体鹏博士说:“在改性塑料的应用中,我们主要是利用单壁碳纳米管的电性能,给我们增加一些功能性。单壁碳纳米管本身的导电性能和力学性能都非常好,它可以实现非常小的添加量,即可达到我们想要的功能。”

 

当单壁碳纳米管应用于塑料领域,终端用户和高科技产品制造商一直担心的问题是在材料损坏过程中微颗粒的释放。针对于此,世界上最大的单壁碳纳米管的制造商OCSiAl发起了一项有关单壁碳纳米管在材料基质中移动的健康和安全测试。

 

这项测试由欧洲领先的独立研究和技术组织VITO操作,实验内容是在测试室内对无添加剂和添加了TUBALL™的环氧树脂、聚乙烯和橡胶材料进行模拟实验,捕捉任意释放的悬浮微粒,并用TEM显微镜进行测量。

 


 

TEM显微镜的分析结果显示,在钻孔和耐磨测试中,没有发现任何独立的或突出的单壁碳纳米管。另一个重要的发现是,与无添加剂的材料相比,添加了TUBALL™纳米增强的材料所释放出的纳米级颗粒数量,根据材料的类型计算,减少量高达35%。这又一次证明了单壁碳纳米管的粘合能力:其所形成的三维纳米管网络能够极大地强化材料的结构。

 

结语

作为一个崭新的前沿材料,碳纳米管产业化过程正在不断推进,应当注意到,与传统大量化学品相比,碳纳米管距离大规模应用(百万吨量级)还很遥远,其宏量制备的科学原理和工程基础正从多学科交叉角度进一步深入,以望在可持续社会发展中扮演越来越重要的角色。

 

碳纳米管是一个兼具学术性、产业前沿性及未来实用性的领域,值得花费更多的时间和精力,在下一个10年带来产业化的硕果。


(中国粉体网编辑整理/漫道)

 

参考来源

张强等.碳纳米管的宏量制备及产业化

艾邦高分子.单壁碳纳米管厂商OCSiAl建立上海技术中心,推动高性能导电塑料应用

每经网.单壁碳纳米管生产商OCSiAl荣登独角兽企业榜单

高工锂电网、有机硅、OCSiAl官网

(来源:中国粉体网)


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