Functionalisatie en Dispersie van Koolstof Nanomaterialen Met behulp van een milieuvriendelijk Ultrasonicated Ozonolysis Proces

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

doi:10.3791/55614

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Functionalisatie en Dispersie van Koolstof Nanomaterialen Met behulp van een milieuvriendelijk Ultrasonicated Ozonolysis Proces

9.9K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/55614

⸱

30 mei 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 dit artikel

Samenvatting

Hier wordt een nieuwe methode voor de functionalisatie en stabiele dispersie van koolstofnanomaterialen in waterige omgevingen beschreven. Ozon wordt direct ingespoten in een waterige dispersie van koolstof nanomateriaal, dat continu door een ultrasone cel met hoog vermogen wordt gerecirculeerd.

Samenvatting

Functionalisatie van carbon nanomaterialen is vaak een kritische stap die hun integratie in grotere materiaalsystemen en -apparaten vergemakkelijkt. In de ontvankelijke vorm kunnen koolstofnanomaterialen, zoals koolstofnanobuizen (CNT's) of grafene nanoplatellen (BNP's), grote agglomeraten bevatten. Beide agglomeraten en onzuiverheden verminderen de voordelen van de unieke elektrische en mechanische eigenschappen die worden aangeboden wanneer CNT's of BNP's zijn opgenomen in polymeren of composietmateriaal systemen. Hoewel er verschillende methoden zijn om carbon nanomaterialen te functionaliseren en stabiele dispersies te creëren, gebruiken veel processen hard chemicaliën, organische oplosmiddelen of oppervlakteactieve stoffen, die milieuvriendelijk zijn en kunnen de verwerkingslast vergroten bij het isoleren van de nanomaterialen voor daaropvolgend gebruik. In het huidige onderzoek wordt gedetailleerd gebruik gemaakt van een alternatieve, milieuvriendelijke techniek voor het functioneren van CNT's en BNP's. Het produceert stabiele, waterige dispersies vrij van schadeUl chemicaliën. Zowel CNT's als BNP's kunnen worden toegevoegd aan water in concentraties tot 5 g / L en kunnen via een ultrasone cel met hoog vermogen worden gerecirculeerd. De gelijktijdige injectie van ozon in de cel oxidiseert de koolstofnanomaterialen geleidelijk, en de gecombineerde ultrasonicatie breekt agglomeraten af en laat onmiddellijk vers materiaal voor functionalisatie bloot. De bereide dispersies zijn ideaal geschikt voor de afzetting van dunne films op vaste substraten onder toepassing van elektroforetische depositie (EPD). CNT's en BNP's uit de waterige dispersies kunnen gemakkelijk worden gebruikt om koolstof- en glasversterkende vezels te bekleden met behulp van EPD voor de bereiding van hiërarchische composietmaterialen.

Inleiding

Het gebruik van carbon nanomaterialen om polymeer- en composiet systemen te wijzigen heeft de afgelopen 20 jaar intensief onderzoeksbelang getrokken. Recente beoordelingen over zowel het gebruik van carbon nanobuizen ¹ (CNT's) en graphene nanoplatelets ² (BNP's) geven een indicatie van de breedte van het onderzoek. De hoge specifieke stijfheid en sterkte van CNT's en BNP's, evenals hun hoge intrinsieke elektrische geleidbaarheid, maken de materialen ideaal voor inbouw in polymere systemen om zowel de mechanische als elektrische prestaties van de nanocomposiet materialen te verbeteren. CNT's en BNP....