Materialshunoslik sohasida etakchi o'rinni egallab turgan uglerod nanotubalari o'zining ajoyib mexanik, elektr va issiqlik xususiyatlariga ega bo'lib, asta-sekin laboratoriyadan yirik-miqyosdagi sanoat ilovalariga o'tmoqda. Uglerod oilasiga tegishli bo'lgan grafen va uglerod tolasi bilan raqobatlashganda, muhandislar va ilmiy-tadqiqot xodimlari ko'pincha "tanlash qiyinligi" ga duch kelishadi. Ushbu maqola ushbu uchta yulduzli materiallar o'rtasidagi asosiy farqlarni chuqur tahlil qiladi va qattiq ma'lumotlar va amaliy holatlar bilan birgalikda uglerod nanotubali o'tkazuvchan qo'shimchalar va mustahkamlovchi materiallarni tanlashda aniq qaror{3}}olish uchun asos bo'ladi. Biz nafaqat uglerod nanotubalari va uglerod tolasi o'rtasidagi farqlarni tahlil qilamiz, balki Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd kompaniyasining haqiqiy ishlab chiqarish tajribasi bilan birgalikda qaysi material sizning maxsus ehtiyojlaringizga ko'proq mos kelishini muhokama qilamiz.
1. Uglerod nanotubalari, grafen va uglerod tolasi: asosiy farqlar va xarakterli taqqoslash
Ularning uchtasi o'rtasidagi asosiy farq geometrik o'lchamlarda yotadi, bu ularning kompozit materiallardagi butunlay boshqacha rollarini belgilaydi.
Qaysi biri ko'proq mos kelishini tushunish uchun birinchi navbatda ularning "tashqi ko'rinishini" aniq ko'rishimiz kerak. Biz uglerod nanotubalari, grafen va uglerod tolasining asosiy jismoniy parametrlarini intuitiv jadval orqali solishtirishimiz mumkin:
| Material nomi | Mikro tuzilma o'lchami | Diametri/qalinligi | O'tkazuvchanlik (S/sm) | Zichlik (g/sm³) | Xarakterli kalit so'zlar |
|---|---|---|---|---|---|
| Uglerod nanotubalari | Bir oʻlchovli-(quvursimon) | 1-20 nm | 10³ - 10⁴ | 1.3 - 1.75 | Juda yuqori tomonlar nisbati, ichi bo'sh struktura, yuqori quvvat |
| Grafen | Ikki-oʻlchovli (varaq) | <1 nm (monolayer) | 10⁴ gacha | 1.06 | Katta oʻziga xos sirt maydoni, tekislikda mukammal-oʻtkazuvchanlik |
| Karbon tolasi | Bir oʻlchovli-(tolali, mikron-oʻlchovli) | 5-10 μm | ~10⁴ | ~2 | Makroskopik uzluksiz mustahkamlash, yuqori modul |
Uglerod nanotubalarini grafen varaqlarini o'rash natijasida hosil bo'lgan choksiz naychalar deb hisoblash mumkin. Bu "dumalash" ularga o'ziga xos xususiyatlarni beradi. Boshqa tomondan, uglerod tolasi, asosan, makroskopik mexanik yuklarni ko'tarish uchun ishlatiladigan son-sanoqsiz kichik kristalitlardan tashkil topgan makroskopik "simlar to'plami" ga o'xshaydi. Lityum batareyalar sohasida uglerod nanotubeli o'tkazuvchan qo'shimchalar chiziqli "nuqta{3}}chiziq" aloqa rejimi tufayli faol materiallar o'rtasida o'tkazuvchan ko'priklarni samaraliroq qurishi mumkin, bu an'anaviy donador o'tkazuvchan qo'shimchalar (masalan, uglerod qora) afzalligi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, litiy temir fosfat katodlarida o'tkazuvchan qo'shimchalar sifatida ikki devorli uglerod nanotubalari bitta devorli uglerod nanotubalari va uglerod qorasi-dan ustun bo'lib, yuqori o'tkazuvchanlik va yopishqoqlikni namoyish etadi.
2. Supero'tkazuvchi qo'shimcha sifatida qaysi biri ko'proq mos keladi? - Lityum batareyalar va kompozit materiallardagi samaradorlik oʻyini
Supero'tkazuvchilar qo'shimchalarni qo'llashda uglerod nanotubalari tezlik qobiliyatini va aylanish muddatini yaxshilashda ustunlik qiladi. Grafen dispersiyada qiyinchiliklarga duch keladi, uglerod tolasi esa kattaligi tufayli nano o'lchamdagi o'tkazuvchan tarmoqlarni qurishda foydalanish qiyin.
Lityum{0}}ionli batareyalarda o'tkazuvchan qo'shimchani tanlash ichki qarshilik va energiya zichligiga bevosita ta'sir qiladi. Uglerod nanotubalari (ayniqsa, ko'p devorli uglerod nanotubalari) va grafen hozirgi tadqiqot nuqtalari hisoblanadi.
Supero'tkazuvchilar tarmoqni qurish samaradorligi:Uglerod nanotubalari juda yuqori tomonlar nisbatiga ega (nano o‘lchamdagi diametr, mikron-miqyosdagi uzunlik), bu ularga elektrod materiallarida chiziq{1}}kontakt o‘tkazuvchi tarmoq hosil qilish imkonini beradi, bu elektronni tashish samaradorligini sezilarli darajada oshiradi va zarur bo‘lgan o‘tkazuvchan qo‘shimchalar miqdorini kamaytiradi (shunday qilib energiya zichligini oshiradi). Bundan farqli o'laroq, grafenning tekislik o'tkazuvchanligi juda yuqori bo'lsa-da, ikki o'lchovli varaq materiali sifatida- notekis dispersiya litiy ionining tarqalishiga xalaqit berishi mumkin. Uglerod tolasi o'zining haddan tashqari katta diametri (mikron{6}}) tufayli elektrod varag'i ichida bir xil taqsimot hosil qila olmaydi va odatda lityum batareyalar uchun ichki o'tkazuvchan qo'shimcha sifatida emas, balki makroskopik o'tkazuvchan elektrodlarni tayyorlash uchun ishlatiladi.
Tarqatish muammolari:Uchalasi ham dispersiya muammolariga duch keladi, ammo har xil darajada. Uglerod nanotubalari aglomeratsiyaga juda moyil bo‘lib, ulardan foydalanish uchun odatda-oldindan dispers o‘tkazuvchi pasta qilish kerak. Shandong Tanfeng New Material tomonidan taqdim etilgan uglerod nanotube o'tkazuvchan pastasi ushbu muammoni hal qilish uchun mo'ljallangan bo'lib, professional dispersiya jarayonlari orqali anod va katod materiallarida maksimal samaradorlikni ta'minlaydi.
Shandong Tanfeng yangi materialining afzalligi:Professional uglerod nanotuba ishlab chiqaruvchisi sifatida Shandong Tanfeng New Material nafaqat bitta{0}}devorli/koʻp devorli{1}}devorli uglerod nanotuba kukunini 98% dan yuqori yoki unga teng tozaligi bilan taʼminlabgina qolmay, balki yillik ishlab chiqarish quvvati 10 000 tonna va etuk uglerod nanotubalarini oʻtkazuvchan pasta tayyorlash texnologiyasini quyi oqimda samarali hal qiladi.
3. Qaysi biri mustahkamlovchi material sifatida ko'proq mos keladi? - Mexanik xususiyatlar va kompozitlarning mustahkamlovchi mantiqiyligi
Kompozit armaturada uglerod tolasi makroskopik mexanik xususiyatlarda ustunlik qiladi, uglerod nanotubalari nano miqyosda "in{0}}in situ mustahkamlashni" ta'minlaydi va grafenning ishlashi ikkalasi o'rtasida bo'ladi.
Ushbu uchta material polimer, metall yoki keramik matritsalarga mustahkamlovchi sifatida qo'shilsa, ularning ta'sir qilish mexanizmlari butunlay boshqacha bo'ladi:
Uglerod tolasi: makroskopik mustahkamlashning "armaturi"
Uglerod tolasi makroskopik kompozitlarning "skeleti" dir. Samolyot fyuzelyajlari, shamol turbinasi qanotlari yoki yuqori samarali avtomobil qismlarini ishlab chiqarishda uglerod tolasi bilan mustahkamlangan kompozitlar juda yuqori quvvat va modul bilan mashhur. Ular qattiqlik va kuch muammolarini makroskopik darajada hal qilishadi.
Uglerod nanotubalari: nano miqyosda "bog'lovchi" va "ko'prik agenti"
Uglerod nanotubalari va uglerod tolasi o'rtasidagi farq shundaki, uglerod nanotubalari asosan nano/mikromiqyosli mustahkamlash uchun ishlatiladi. Ularni uglerod tolasi kompozitlariga qo'shish interlaminar kesish kuchini va charchoqqa chidamliligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Misol uchun, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, o'zgartirilgan uglerod nanotubalarining iz miqdorini qo'shgandan so'ng, uglerod tolasi kompozitlarining kuchlanish kuchini 32,97% dan ortiq oshirish mumkin. Uglerod nanotubalari “nano{4}}perchinlar” kabi harakat qiladi, yoriqlar tarqalishining oldini olish uchun tolalar va qatronlar orasiga mahkamlanadi.
Grafen: Ikki-oʻlchovli “Yamoq” mustahkamlash
Grafenning katta o'ziga xos sirt maydoni unga matritsa bilan katta aloqa maydonini beradi. Ba'zi termoset qatronlarda uning mustahkamlovchi ta'siri ko'p devorli uglerodli nanotubalardan ham yaxshiroq bo'ladi. Biroq, amaliy dasturlarda grafenning yo'nalishini nazorat qilish uglerod nanotubalariga qaraganda qiyinroq.
| Kuchaytirish stsenariysi | Afzal material | Sabab |
|---|---|---|
| Makroskopik tarkibiy qismlar (masalan, avtomobil tanasi) | Karbon tolasi | Birlamchi yuk koʻtaruvchi faza-boʻlib xizmat qiladigan juda yuqori kuchlanish kuchi va moduli bilan taʼminlaydi. |
| Polimerga qarshi{0}}statik / statik-dissipativ modifikatsiya | Uglerod nanotubalari | 2-3% qoʻshilishi elektr oʻtkazuvchanligini sezilarli darajada yaxshilaydi, doimiy antistatik ishlashga erishadi va matritsa rangiga minimal taʼsir qiladi. |
| Epoksi qatronining sinishi mustahkamligini yaxshilash | Uglerod nanotubalari | Yoriq koʻprigi va tortishish effektlari-yordamida sinish energiyasini sarflaydi. |
| Yuqori samaradorlik-aerokosmik kompozitlar | Uglerod nanotubalari / Grafen sinergiyasi | Uglerod tolasining uglerod nanotubalari va grafen bilan sinergetik modifikatsiyasi "qattiq va moslashuvchan" ko'p miqyosli mustahkamlashga erishadi. |
Og'irligi 0,6% uglerod nanotubalarini qo'shganda, kompozitning kuchlanish kuchi 33,59% ga oshdi, bir xil miqdordagi grafen qo'shilishi esa 45,94% ga o'sdi. Bu shuni ko'rsatadiki, turli matritsali tizimlarda ikkalasining ishlashi har xil bo'ladi.
4. Qanday qilib oqilona tanlov qilish kerak?
Qaysi materialni tanlash litiy batareyalarning elektr unumdorligini oshirish uchun boʻlsa, - qoʻllash stsenariyingizga bogʻliq boʻlsa, uglerod nanotubalari juda istiqbolli tanlovdir; agar u makroskopik strukturani mustahkamlash uchun bo'lsa, uglerod tolasi almashtirib bo'lmaydi; Agar nano o'lchovda ko'p funktsiyali modifikatsiyaga intilayotgan bo'lsa, uglerod nanotubalari ham, grafen ham o'zlarining kuchli tomonlariga ega, ammo uglerod nanotubalari tomonlar nisbati va keng qamrovli ishlash nuqtai nazaridan universalroq qo'llaniladi.
Uglerod nanotubalarini tanlang:Agar siz eng yuqori elektr o‘tkazuvchanligiga (ayniqsa, uglerod nanotubali o‘tkazuvchan qo‘shimchalar) intilayotgan bo‘lsangiz, kompozitlarning charchoqqa chidamliligini oshirishingiz yoki nano o‘lchamdagi modifikatsiyani amalga oshirishingiz kerak bo‘lsa, bu shubhasiz "barcha{0}}yaxlit". Ayniqsa, Shandong Tanfeng New Material kabi mahalliy ishlab chiqaruvchilar-keng miqyosda ishlab chiqarishga erishayotganligi sababli, xarajatlar tez sur'atlar bilan pasaymoqda va sanoatda qo'llash chegarasi sezilarli darajada pasaygan.
Uglerod tolasini tanlang:Agar siz katta yuklarni ko'taradigan katta qismlarni ishlab chiqarishingiz kerak bo'lsa, an'anaviy uglerod tolasi mustahkam poydevor bo'lib qoladi.
Grafenni tanlang:Agar siz issiqlik o'tkazuvchanligi yoki to'siq xususiyatlarini ayniqsa qadrlasangiz va dispersiya va xarajat masalalarini hal qila olsangiz, grafen o'zining noyob afzalliklariga ega.
Kelajakda uglerod nanotubalari oʻzining yagona oʻlchovli tuzilishi, ultra-oʻlchov nisbati va tobora yetuklashib borayotgan uglerod nanotubali oʻtkazuvchan pasta texnologiyasi tufayli yangi energiya, aerokosmik va yuqori-ishlab chiqarishda cheksiz istiqbolga ega boʻladi. Uglerod nanotubalarining dispersiya texnologiyasi va kompozit modifikatsiyalash jarayonlarini o'zlashtirish yangi materiallarning yuqori darajasini egallash uchun kalit bo'ladi.