Funcionalización y Dispersión de Nanomateriales de Carbono Utilizando un Proceso de Ozonolisis Ultrasonido

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

doi:10.3791/55614

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Artículo de método

Funcionalización y Dispersión de Nanomateriales de Carbono Utilizando un Proceso de Ozonolisis Ultrasonido

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DOI:

10.3791/55614

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30 de mayo de 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

En este artículo

Resumen

Aquí, se describe un nuevo método para la funcionalización y dispersión estable de nanomateriales de carbono en entornos acuosos. El ozono se inyecta directamente en una dispersión acuosa de nanomaterial de carbono que se recircula continuamente a través de una célula ultrasónica de alta potencia.

Resumen

La funcionalidad de los nanomateriales de carbono es a menudo un paso crítico que facilita su integración en sistemas y dispositivos materiales más grandes. En la forma tal como se ha recibido, los nanomateriales de carbono, como los nanotubos de carbono (CNT) o los nano plaquetas de grafeno (GNP), pueden contener grandes aglomerados. Tanto los aglomerados como las impurezas disminuirán los beneficios de las propiedades eléctricas y mecánicas únicas ofrecidas cuando se incorporan CNT o PNB en polímeros o sistemas de materiales compuestos. Aunque existe una variedad de métodos para funcionalizar los nanomateriales de carbono y crear dispersiones estables, muchos de los procesos utilizan productos químicos agresivos, disolventes orgánicos o tensioactivos, que son ambientalmente hostiles y pueden aumentar la carga de procesamiento al aislar los nanomateriales para su uso posterior. La investigación actual detalla el uso de una técnica alternativa y respetuosa con el medio ambiente para la funcionalización de CNT y PNB. Produce dispersiones estables, acuosas libres de dañoUl productos químicos. Tanto los CNT como los PNB pueden añadirse al agua a concentraciones de hasta 5 g / L y pueden ser recirculados a través de una célula ultrasónica de alta potencia. La inyección simultánea de ozono en la célula oxida progresivamente los nanomateriales de carbono y la ultrasonicación combinada descompone los aglomerados e inmediatamente expone material fresco para la funcionalización. Las dispersiones preparadas son ideales para depositar películas delgadas sobre sustratos sólidos usando deposición electroforética (EPD). Los CNT y los PNB de las dispersiones acuosas se pueden usar fácilmente para recubrir fibras de refuerzo de carbono y vidrio usando EPD para la preparación de materiales compuestos jerárquicos.

Introducción

El uso de nanomateriales de carbono para modificar sistemas poliméricos y compuestos ha sido objeto de un intenso interés de investigación en los últimos 20 años. Las revisiones recientes sobre el uso de nanotubos de carbono ¹ (CNTs) y nanoplaquetas de grafeno ² (PNBs) proporcionan una indicación de la amplitud de la investigación. La elevada rigidez y resistencia específica de los CNT y PNBs, así como su elevada conductividad eléctrica intrínseca, hacen que los materiales sean idóneos para su incorporación en sistemas poliméricos para mejorar tanto el rendimiento mecánico como el eléctrico de los materiales nanocompues....