Funktionalisierung und Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterialien mit einem umweltfreundlichen Ultraschall-Ozonolyse-Prozess

Eudora S. Y. Yeo; Gary I. Mathys; Narelle Brack; Erik T. Thostenson; Andrew N. Rider

doi:10.3791/55614

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Methodenartikel

Funktionalisierung und Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterialien mit einem umweltfreundlichen Ultraschall-Ozonolyse-Prozess

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DOI:

10.3791/55614

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30. Mai 2017

Eudora S. Y. Yeo¹ , Gary I. Mathys² , Narelle Brack³ , Erik T. Thostenson⁴^,⁵^,⁶ , Andrew N. Rider¹

¹Aerospace Division, Defence Science and Technology Group, ²Maritime Division, Defence Science and Technology Group, ³Department of Chemistry and Physics, La Trobe Institute for Molecular Science, La Trobe University, ⁴Department of Mechanical Engineering, University of Delaware, ⁵Department of Materials Science and Engineering, University of Delaware, ⁶Center for Composite Materials, University of Delaware

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier wird ein neuartiges Verfahren zur Funktionalisierung und stabilen Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterialien in wässrigen Umgebungen beschrieben. Ozon wird direkt in eine wässrige Dispersion von Kohlenstoff-Nanomaterial injiziert, die kontinuierlich durch eine hochleistungsfähige Ultraschallzelle rezirkuliert wird.

Zusammenfassung

Die Funktionalisierung von Kohlenstoff-Nanomaterialien ist oft ein kritischer Schritt, der ihre Integration in größere Materialsysteme und Geräte erleichtert. In der so erhaltenen Form können Kohlenstoff-Nanomaterialien wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs) oder Graphen-Nanoplättchen (GNPs) große Agglomerate enthalten. Sowohl Agglomerate als auch Verunreinigungen werden die Vorteile der einzigartigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften verringern, die angeboten werden, wenn CNTs oder GNPs in Polymere oder Verbundwerkstoffsysteme eingebaut werden. Während es eine Vielzahl von Methoden gibt, um Kohlenstoff-Nanomaterialien zu funktionalisieren und stabile Dispersionen zu erzeugen, verwenden viele Prozesse harte Chemikalien, organische Lösungsmittel oder Tenside, die umweltfreundlich sind und die Verarbeitungsbelastung bei der Isolierung der Nanomaterialien für die nachfolgende Verwendung erhöhen können. Die aktuelle Forschung Details die Verwendung einer alternativen, umweltfreundliche Technik für die Funktionalisierung CNTs und BSPs. Es produziert stabile, wässrige Dispersionen frei von SchadenUl Chemikalien. Beide CNTs und GNPs können bei Konzentrationen bis zu 5 g / l Wasser zugesetzt werden und können über eine hochleistungsfähige Ultraschallzelle rezirkuliert werden. Die gleichzeitige Injektion von Ozon in die Zelle oxidiert die Kohlenstoff-Nanomaterialien allmählich, und die kombinierte Ultraschallbehandlung zersetzt Agglomerate und stellt sofort frisches Material für die Funktionalisierung bereit. Die hergestellten Dispersionen eignen sich hervorragend zur Abscheidung von Dünnfilmen auf festen Substraten mittels elektrophoretischer Abscheidung (EPD). CNTs und GNPs aus den wässrigen Dispersionen können leicht zur Beschichtung von kohlenstoff- und glasverstärkenden Fasern unter Verwendung von EPD zur Herstellung von hierarchischen Verbundwerkstoffen verwendet werden.

Einleitung

Die Verwendung von Kohlenstoff-Nanomaterialien zur Modifizierung von Polymer- und Verbundwerkstoffen hat in den vergangenen 20 Jahren intensives Forschungsinteresse gesehen. Aktuelle Untersuchungen über die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen ¹ (CNTs) und Graphen-Nanoplättchen ² (GNPs) geben einen Hinweis auf die Breite der Forschung. Die hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit von CNTs und GNPs sowie ihre hohe intrinsische elektrische Leitfähigkeit machen die Materialien ideal für den Einbau in polymere Systeme geeignet, um sowohl die mechanische als auch die elektrische Leistung der Nanokompositmaterialien zu ....