Pri výskume a vývoji modifikovaných plastov, napájacích batérií a špeciálnych náterov sú uhlíkové nanorúrky skutočne „priemyselnou prísadou“ na zlepšenie výkonu. Mnoho inžinierov však od začiatku zlyháva: pridávanie príliš malého množstva nemá žiadny účinok, pridávanie príliš veľkého množstva nielenže spôsobuje nárast nákladov, ale tiež spôsobuje zhlukovanie prášku, čo vedie k zlyhaniu spracovania. Aké je vhodné pridané množstvo uhlíkových nanorúrok? Toto v žiadnom prípade nie je číslo, o ktorom sa rozhoduje odhadom, ale tvrdý ukazovateľ určený prahom perkolácie materiálovej vedy a reológie. Slepo skladať materiál bude len kontraproduktívne. Dnes použijeme skutočné kvantitatívne údaje na dôkladné rozloženie pridaného množstva v rôznych scenároch.
1. Základná logika: Prečo nie je viac uhlíkových nanorúriek vždy lepšie?
Pridané množstvo uhlíkových nanorúriek musí prekročiť "perkolačný prah", aby sa vytvorila vodivá sieť, ale po prekročení prahu má zlepšenie výkonu klesajúcu návratnosť a viskozita systému sa exponenciálne zvýši, čo výrazne zhorší spracovateľnosť.
Aby ste zistili, aké je vhodné pridané množstvo uhlíkových nanorúrok, musíte najprv pochopiť teóriu perkolácie. Keď je pridané množstvo veľmi nízke, rúrky sú izolované v matrici a nevedú elektrinu. Keď pridané množstvo dosiahne kritický bod (prah perkolácie), rúrky sa okamžite prekryjú a vytvoria trojrozmernú penetračnú sieť a vodivosť vyskočí o niekoľko rádov. Keď však prekročíte tento inflexný bod a budete pokračovať v pridávaní materiálu, nárast vodivosti bude veľmi pozvoľný, ale zapletenie spôsobené nanočasticami s vysokým -pomerom{5}} strán spôsobí raketový nárast viskozity systému. V procesoch vstrekovania alebo extrúzie znamená vysoké pridané množstvo extrémne vysoký krútiaci moment skrutky, veľmi zlú tekutosť a silné krehnutie.
| Rozsah pridaných čiastok | Stav vodivej siete | Makroskopická zmena vodivosti | Zvýšenie viskozity systému | Spracovanie a mechanický vplyv |
|---|---|---|---|---|
| Pod prahom (<0.5%) | Izolované ostrovy, ktoré nie sú spojené | Izolátor (<10⁻⁸ S/m) | Veľmi malý | Výborná tekutosť, žiadny zosilňovací efekt |
| Perkolačná zóna (0,5 – 2 %) | Okamžitý prienik do siete | Exponenciálny skok (10⁻⁴~10¹ S/m) | Zvýšenie o 50 % – 100 % | Tekutosť začína klesať, anti{0}}statická úroveň |
| Overload Zone (>3%) | Redundancia a prekrývanie siete | Pomalý nárast (obdobie plató) | Surge of >300% | Mimoriadne náročné na spracovanie, krehnutie živice, koncentrácia napätia |
2. Scenár vodivých plastov: Ako presne umiestniť anti-statické a vodivé triedy?
Vo vodivých plastoch je pridané množstvo viac{0}}uhlíkových nanorúriek zvyčajne medzi 1 %- 5 %, zatiaľ čo jednostenné uhlíkové nanorúrky vyžadujú iba 0,05 % – 0,5 %. Nadmerné pridávanie výrazne zhorší rázovú húževnatosť a povrchový lesk plastu.
Čo sa týka vhodného pridaného množstva uhlíkových nanorúrok, plastová modifikácia je najtypickejším testovacím priestorom. Množstvo prídavku určujú rôzne ciele odporu. Na dosiahnutie anti-statickej úrovne (10⁶-10⁹ Ω/sq) postačuje 1-2 % MWCNT. Na dosiahnutie úrovne elektromagnetického tienenia (<10² Ω/sq), 3-5% is needed. However, it must be noted that when the MWCNT addition amount exceeds 4%, the notched impact strength of most engineering plastics (such as PC, PA) will drop sharply by more than 30%, and the surface of injection-molded parts will become rough and matte.
| Cieľová úroveň výkonu | Povrchový odpor | Odporúčané pridanie MWCNT | Odporúčané pridanie SWCNT | Vplyv na mechanické vlastnosti |
|---|---|---|---|---|
| Anti{0}}statická trieda | 10⁶ - 10⁹ Ω/sq | 1.0 - 2.0 % hm. | 0.05 - 0.2 % hm. | Mierna pevnosť v ťahu sa mierne zvyšuje |
| Vodivý stupeň | 10³ - 10⁶ Ω/sq | 2.0 - 3.5 % hm. | 0.2 - 0.5 % hm. | Stredná, rázová sila začína klesať |
| Stupeň elektromagnetického tienenia | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 % hm. | 0.5 - 2.0 % hm. | Ťažké, materiál sa stáva krehkým, ťažko spracovateľný |
Referenčné údaje: Shandong Tanfeng New Material laboratórneho testu vytláčania s dvomi{0}}závitovkami v matici PC.
3. Vodivá prísada do lítiovej batérie: Kde je hraničný rozdiel medzi 0,02 % a 1 %?
V katódach lítiových batérií je pridané množstvo jednostenných uhlíkových nanorúriek zvyčajne 0,02 %-0,1 % a viac{7}}stenových uhlíkových nanorúriek 0,5 % – 1,5 %. Príliš nízka nemôže vybudovať vodivú sieť s dlhým dosahom, zatiaľ čo príliš vysoká vytlačí priestor aktívneho materiálu a extrémne zhorší výkon povlaku elektród.
Keď zápasíme s tým, aké je vhodné dodatočné množstvo uhlíkových nanorúrok v poli lítiových batérií, ide v podstate o hru medzi „hustotou energie“ a „elektronickou vodivosťou“. Samotné uhlíkové nanorúrky neuchovávajú lítium; pridanie príliš veľkého množstva nepriamo znižuje podiel katódového prášku (LFP/NCM), čím priamo znižuje kapacitu batérie. Okrem toho vysoká koncentrácia CNT spôsobí, že suspenzia vyvinie silnú tixotropiu, čo spôsobí, že povlak elektródy je veľmi náchylný na poškriabanie alebo praskliny zo sušenia.
| Systém materiálu katódy | Formulácia vodivých prísad | Typ CNT a suma pridania | Zníženie odporu elektródového listu | Viskozita suspenzie/výkon povlaku |
|---|---|---|---|---|
| lítium-železitý fosforečnan (LFP) | SP + MWCNT | MWCNT 0.8 - 1.2 % hm. | Zníženie o 40 % – 50 % | Stredný, konvenčný náter |
| Ternárny materiál (NCM811) | SP + MWCNT | MWCNT 0.5 - 0.8 % hm. | Zníženie o 30 % – 40 % | Dobré, ľahko sa rozotiera |
| Vysoký-nikel/kremík-uhlík | SP + SWCNT | SWCNT 0.02 - 0.1 % hm. | Zníženie o 60 % – 80 % | Nízka viskozita, potrebuje kontrolovať gélovatenie |
4. Nátery a lepidlá: Extrémne ťahanie--vojny medzi viskozitou a vodivosťou
V kvapalných systémoch s nízkou -viskózou (ako sú nátery na báze vody-, epoxidové lepidlá) pridanie viac ako 1,5 % uhlíkových nanorúriek veľmi ľahko spôsobí gélovatenie a zošrotovanie. Je potrebné spoliehať sa na vysoké pomery strán a pre-disperznú technológiu na riadenie množstva pridávania v bezpečnom rozsahu 0,5 % – 1,5 %.
Tolerancia tekutých živicových systémov je oveľa nižšia ako tolerancia plastov. Bez silného strihu dvojzávitovkového extrudéra s vysokým obsahom CNT v kvapalinách s nízkou -viskózou veľmi ľahko sedimentuje alebo sa vytvorí sieťový gél, čo spôsobí, že sa živica priamo zmení na „čierne cesto“, ktoré sa nedá nastriekať. Aké je v tomto bode vhodné pridané množstvo uhlíkových nanorúrok? Odpoveďou je použiť čo najmenej trubíc s vysokým-pomerom{5}}pomeru strán. Napríklad len 0,1 % SWCNT môže urobiť epoxidovú živicu vodivou, zatiaľ čo MWCNT môže byť potrebné pridať až do 1 %, aby sa dosiahol rovnaký účinok, a 1 % MWCNT už zdvojnásobilo viskozitu.
5. Prelom výrobcu: Ako vám Shandong Tanfeng pomôže dosiahnuť lepší výkon s menším množstvom prídavkov?
Výberom výrobcu zdroja, akým je Shandong Tanfeng, s vysokým{0}}pomerom{1}}prispôsobenia a technológiou výroby vkladania{2}}môžete výrazne znížiť prah perkolácie kompozitného materiálu, dosiahnuť extrémne vysokú vodivosť a mechanický výkon s veľmi malým množstvom prídavku, čím sa úplne vyhnete riziku zhoršenia kvality spracovania.
Ak ste vždy uväznení tým, že nemáte žiadny účinok s príliš malým množstvom pridania a nemôžete spracovať príliš veľa, problém pravdepodobne spočíva v samotnej surovine. Nedostatočný pomer strán, príliš nízka čistota a neschopnosť rozptýliť, to všetko spôsobí, že skutočný prah perkolácie bude oveľa vyšší ako teoretická hodnota, čo vás núti neustále pridávať ďalší materiál. Ako profesionálny výrobca CNT vám spoločnosť Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. prostredníctvom základnej technológie pomáha stlačiť pridané množstvo na limit:
Ultra{0}}Prispôsobenie s vysokým pomerom strán: The percolation threshold is inversely proportional to the aspect ratio. Through precise catalysis, Shandong Tanfeng provides multi-walled/single-walled carbon nanotubes with an aspect ratio >1000. Pri rovnakom množstve prídavku sa pravdepodobnosť prekrytia zvýši viac ako 3-krát, čo umožňuje znížiť množstvo prídavku MWCNT v systéme batérií LFP z 1,2 % na 0,6 % pri zachovaní extrémne nízkeho odporu elektródy.
Ultra{0}}odčítanie vysokej čistoty:Zvyšky kovového katalyzátora sú vinníkom, ktorý ničí vodivú sieť a spôsobuje samo{0}}vybíjanie batérie. Shandong Tanfeng používa špeciálny čistiaci proces, ktorý dosahuje čistotu MWCNT viac ako 99,9 %. Bez nečistôt, ktoré „zaberajú priestor“, je efektívne pridané množstvo čistejšie.
Pripravené-na{1}}použitie Paste Solution:Na úplné odstránenie „falošného vysokého prídavku“ spôsobeného aglomeráciou prášku poskytuje spoločnosť Shandong Tanfeng vopred{0}}dispergované pasty pre systémy na báze rozpúšťadla, vody- a čistej živice NMP. Veľkosť rozptýlených častíc na úrovni mikrónov (D90<5 μm) ensures that every gram of CNTs in the formulation is playing its role, helping you painfully squeeze out a 5%-10% profit margin on the formulation sheet.
Záver
Vráťme sa k základnej otázke, aké je vhodné pridané množstvo uhlíkových nanorúrok? Odpoveď v žiadnom prípade nie je jednoducho 1% alebo 2%, ale presná kritická hodnota spoločne určená pomerom strán, polaritou matrice a metódami spracovania. Po prekročení prahu perkolácie môžete zastaviť; slepé pridávanie ďalšieho materiálu sa odrazí len na viskozite a skrehnutí. Ak chcete skutočne dosiahnuť „stopové množstvá s vysokou účinnosťou“, spoliehanie sa na vysoký-pomer{5}} strán, vysokú-čistotu a vopred{7}}dispergované pastové produkty od výrobcu zdrojov, akým je Shandong Tanfeng, je optimálnym riešením, ako vyskočiť z bahna „pridávania množstva bez pridania efektivity“.