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modificação funcional na superfície de nanotubos de carbono (cnts)

  • March 18,2019.
nanotubos de carbonosão materiais nano tubulares unidimensionais feitos de plaqueta de grafeno de camada única e de múltiplas camadas. eles têm boas propriedades de alta resistência mecânica, boa estabilidade química, excelente condutividade elétrica e blindagem eletromagnética, sendo considerados como preenchedores ideais para compostos de alta performance. no entanto, sua superfície carece de grupos ativos, resultando em fraca dispersibilidade e difícil processamento, o que limita sua aplicação prática. portanto, os pesquisadores melhoraram sua solubilidade e dispersibilidade através de modificação de superfície. ao mesmo tempo, os materiais funcionais multifuncionais são preparados por ligação química ou física dos grupos funcionais desejados à superfície dos nanotubos de carbono. Atualmente, a modificação da superfície da superfície dos nanotubos de carbono tornou-se um campo de pesquisa quente.

modificação de superfície em nanotubos de carbono

modificação funcional da superfície do nanotubo de carbono é principalmente dividida em modificação orgânica, modificação mecânica e revestimento inorgânico.

1. modificação orgânica
A modificação e modificação orgânica dos nanotubos de carbono incluem principalmente modificação covalente e modificação não covalente.

(1) modificação covalente de superfície de nanotubos de carbono

modificação covalente da superfície do nanotubo de carbono é a introdução de novas ligações covalentes na parede do tubo com reação química para otimizar o desempenho dos ctts. as principais reações incluem reação de oxidação, adição de radicais livres, reação eletroquímica e reação termoquímica, etc. a reacção de oxidação é introduzir um grupo carboxilo ou hidroxilo de polaridade relativamente grande por meio de um método químico, causando desse modo um grupo activo na superfície das partículas, e depois introduzir diferentes grupos funcionais com reacção de ligação cruzada covalente.

um grupo de pesquisa de shainghai utilizou ácido misto (h2so4: hno3 = 1: 3) e alcalino forte (naoh) para tratar os mwcnt, e o valor absoluto do potencial zeta da solução de nanotubos de carbono tornou-se maior, indicando melhor dispersibilidade e estabilidade, e mwcnts tem maior solubilidade em água.

após o tratamento com ácido, o espectro de infravermelho tem um pico de absorção de 1600 a 1700 cm-1, indicando a introdução do grupo c = o. um pico de absorção fraco foi observado em 1260 cm-1, que foi causado principalmente pela vibração de alongamento do grupo c-o no grupo carboxila. em 3300 a 3500 cm-1, foi encontrado um pico de absorção de um grupo hidroxila livre (-oh).

(2) modificação não covalente de ctts

modificação não covalente de nanotubos de carbono significa que não são introduzidas ligações químicas covalentes na superfície, mas por ligações não covalentes. isso inclui adsorção física e revestimento de superfície. interações não-covalentes incluem força dispersiva, ligação de hidrogênio, força de dipolo dipolo, empilhamento π-π e interação hidrofóbica. os átomos de carbono em ctts são todos hibridizados sp2 para formar elétrons π altamente deslocalizados, que podem ser modificados com outros compostos ricos em elétrons π pelo empilhamento π-π.

A modificação não covalente pode não apenas introduzir polímero na superfície dos cnts, mas também surfactantes para alterar a atividade da superfície. os surfactantes compreendem duas partes, respectivamente, extremidade oleofílica e extremidade hidrofílica.

A vantagem da modificação não-covalente é que as partículas obtidas são estruturalmente intactas e mantêm suas propriedades originais.

2. modificação mecânica
modificação mecânica refere-se ao uso de força externa para modificação de superfície de ajustes para otimizar seu desempenho. Métodos de modificação mecânica incluem moagem, fricção, vibração, etc. o método físico acima pode aumentar a energia interna dos nanotubos de carbono, e reagir com algumas substâncias sob certas condições externas, conseguindo assim a modificação da superfície.

as vantagens da modificação mecânica: simples, rápida e de baixo custo.
desvantagens: é difícil de controlar durante o processo de moagem, e a formação de defeitos de rede é fácil de causar o comprimento dos nanotubos de carbono a ser muito curto, causando a perda de suas propriedades originais.

3. revestimento inorgânico
os métodos de revestimento inorgânico incluem, principalmente, a síntese em fase líquida in-situ e o método de deposição em fase de vapor.

(1) síntese de fase líquida in situ

Síntese de fase líquida in situ refere-se à formação de novas substâncias in situ na superfície de nanotubos de carbono sob condições de fase líquida. estas substâncias são principalmente óxidos de metais não ferrosos. Ao utilizar o revestimento inorgânico na superfície dos nanotubos de carbono, por um lado, o óxido de metal e os nanotubos de carbono podem ter excelentes propriedades e, por outro lado, a energia da superfície dos nanotubos pode ser reduzida significativamente, reduzindo assim a grau de agregação. o método de cristalização é classificado em cristalização por calcinação e método de cristalização hidrotermal.

o método de cristalização de calcinação significa que o precursor de óxido de metal é convertido num sol correspondente numa solução aquosa, adsorvido na superfície das partículas e calcinado num ambiente inerte, e a temperatura de calcinação deve exceder a temperatura de transição de fase do óxido de metal. A vantagem deste método é que o processo é relativamente simples.

o método de cristalização hidrotermal é um método relativamente comum na pesquisa de revestimentos inorgânicos. A vantagem é que o tamanho dos materiais obtidos é pequeno e uniforme. a desvantagem é que o processo de produção é complicado.

(2) método de deposição de vapor

deposição de vapor refere-se à introdução de duas ou mais matérias-primas gasosas em um reator, fazendo com que as matérias-primas colidam umas com as outras e sofram reação química, preparando assim um novo material e depositando-o na superfície do substrato.
As vantagens da deposição de vapor são que a velocidade de reação é rápida e completa, e a deposição é uniforme. é frequentemente usado para preparar materiais core-shell. Os pesquisadores usaram o óxido de silício gaseificado para reagir com o monóxido de carbono para formar o carboneto de silício-β, e então depositaram-no uniformemente na superfície dos cnts. o revestimento era uniforme e completo.

O hongwu nano oferece modificação de superfície personalizada em nanotubos de carbono com base na rica experiência e tecnologia de vantagem para melhorar a solubilidade e a dispersibilidade e faz com que ele obtenha o melhor efeito na prática. Para mais informações ou exigência, por favor não hesite em entrar em contato conosco agora!

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