Modificētas plastmasas, barošanas akumulatoru un īpašu pārklājumu pētniecībā un attīstībā oglekļa nanocaurules patiešām ir "rūpnieciska piedeva" veiktspējas uzlabošanai. Tomēr daudzi inženieri jau no paša sākuma neizdodas: pievienojot pārāk maz, nav nekādas ietekmes, pārāk daudz pievienojot ne tikai izmaksu kāpumu, bet arī pulvera salipšanu, izraisot apstrādes kļūmi. Kāds ir piemērotais oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzums? Tas nekādā gadījumā nav skaitlis, ko nosaka minējumi, bet gan stingrs rādītājs, ko nosaka materiālu zinātnes un reoloģijas perkolācijas slieksnis. Materiāla akli sakraušana būs tikai neproduktīva. Šodien mēs izmantosim reālus kvantitatīvus datus, lai rūpīgi izjauktu pievienošanas apjomu dažādos scenārijos.
1. Pamata loģika: kāpēc vairāk oglekļa nanocauruļu ne vienmēr ir labāks?
Oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzumam ir jāpārsniedz "perkolācijas slieksnis", lai izveidotu vadošu tīklu, bet pēc sliekšņa pārsniegšanas veiktspējas uzlabošanai ir samazināta atdeve, un sistēmas viskozitāte palielinās eksponenciāli, ievērojami pasliktinot apstrādājamību.
Lai noskaidrotu, kāds ir piemērotais oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzums, vispirms ir jāsaprot perkolācijas teorija. Ja pievienošanas daudzums ir ļoti mazs, caurules ir izolētas matricā un nevada elektrību. Kad pievienošanas daudzums sasniedz kritisko punktu (perkolācijas slieksni), caurules uzreiz pārklājas, veidojot trīsdimensiju caurlaidības tīklu, un vadītspēja palielinās par vairākām kārtām. Tomēr, šķērsojot šo lēciena punktu un turpinot pievienot materiālu, vadītspējas pieaugums kļūst ļoti pakāpenisks, bet saķeršanās, ko izraisa augstas -aspekta-attiecības nanodaļiņas, izraisīs sistēmas viskozitātes strauju pieaugumu. Inžektorliešanas vai ekstrūzijas procesos liels pievienošanas daudzums nozīmē ārkārtīgi lielu skrūves griezes momentu, ļoti sliktu plūstamību un nopietnu trauslumu.
| Papildinājuma summas diapazons | Vadošā tīkla stāvoklis | Makroskopiskās vadītspējas maiņa | Sistēmas viskozitātes palielināšana | Apstrāde un mehāniskā ietekme |
|---|---|---|---|---|
| Zem sliekšņa (<0.5%) | Izolētas salas, kas nav savienotas | Izolators (<10⁻⁸ S/m) | Ļoti mazs | Lieliska plūstamība, nav pastiprinoša efekta |
| Perkolācijas zona (0,5–2%) | Tūlītēja iekļūšana tīklā | Eksponenciāls lēciens (10⁻⁴~10¹ S/m) | Palielinājums par 50–100% | Plūstspēja sāk samazināties, anti{0}}statiskais līmenis |
| Overload Zone (>3%) | Tīkla dublēšana un pārklāšanās | Lēns pieaugums (plato periods) | Surge of >300% | Ārkārtīgi grūti apstrādājams, sveķu trausls, stresa koncentrācija |
2. Vadītspējīgas plastmasas scenārijs: kā precīzi novietot antistatiskās un vadošās pakāpes?
Vadītspējīgās plastmasās daudzsienu oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzums parasti ir 1%-5%, savukārt vienas sienas oglekļa nanocaurulēm ir nepieciešams tikai 0,05–0,5%. Pārmērīga pievienošana ievērojami pasliktinās plastmasas triecienizturību un virsmas spīdumu.
Attiecībā uz piemēroto oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzumu plastmasas modifikācijas ir tipiskākā testēšanas vieta. Dažādi pretestības mērķi nosaka pievienošanas daudzumu. Lai sasniegtu antistatisko līmeni (10⁶-10⁹ Ω/kv.), pietiek ar 1-2% MWCNT. Lai sasniegtu elektromagnētiskās ekranēšanas līmeni (<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.
| Mērķa veiktspējas līmenis | Virsmas pretestība | Ieteicamais MWCNT papildinājums | Ieteicamais SWCNT papildinājums | Ietekme uz mehāniskajām īpašībām |
|---|---|---|---|---|
| Anti{0}}Statiskā pakāpe | 10⁶ - 10⁹ Ω/kv | 1.0 - 2.0 masas% | 0.05 - 0.2 masas% | Nedaudz palielinās stiepes izturība |
| Vadošā pakāpe | 10³ - 10⁶ Ω/kv | 2.0 - 3.5 masas% | 0.2 - 0.5 masas% | Vidēja, triecienizturība sāk samazināties |
| Elektromagnētiskā ekranēšanas pakāpe | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 masas% | 0.5 - 2.0 masas% | Smags, materiāls kļūst trausls, grūti apstrādājams |
Datu atsauce: Shandong Tanfeng New Material laboratorijas dvīņu{0}}skrūvju ekstrūzijas testa dati datora matricā.
3. Litija bateriju vadītspējīga piedeva: kur ir robežšķirība starp 0,02% un 1%?
Litija akumulatoru katodos vienas -sienu oglekļa nanocaurules pievienotais daudzums parasti ir 0,02%-0,1%, un daudzsienu oglekļa nanocaurules ir 0,5%–1,5%. Pārāk zems nevar izveidot liela attāluma vadošu tīklu, savukārt pārāk augsts izspiedīs aktīvo materiālu telpu un ārkārtīgi pasliktinās elektrodu pārklājuma veiktspēju.
Cīnās ar atbilstošu oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzumu litija bateriju laukā, tā būtībā ir spēle starp "enerģijas blīvumu" un "elektronisko vadītspēju". Oglekļa nanocaurules pašas neuzglabā litiju; pievienojot pārāk daudz, netieši samazinās katoda pulvera (LFP/NCM) īpatsvars, tieši samazinot akumulatora jaudu. Turklāt augsta CNT koncentrācija izraisīs vircas spēcīgas tiksotropijas veidošanos, padarot elektrodu pārklājumu ļoti pakļautu skrāpējumiem vai žāvēšanas plaisām.
| Katoda materiālu sistēma | Vadītspējīgu piedevu formulējums | CNT veids un papildinājuma summa | Elektrodu loksnes pretestības samazināšana | Suspensijas viskozitāte/pārklājuma veiktspēja |
|---|---|---|---|---|
| Litija dzelzs fosfāts (LFP) | SP + MWCNT | MWCNT 0.8 - 1.2 masas% | Samazinājums par 40–50% | Mērens, parasts pārklājums |
| Trīskāršs materiāls (NCM811) | SP + MWCNT | MWCNT 0.5 - 0.8 masas% | Samazinājums par 30–40% | Labs, viegli klājas |
| Augsts-niķeļa/silīcija-oglekļa daudzums | SP + SWCNT | SWCNTs 0.02 - 0.1 mas.% | Samazinājums par 60–80% | Zema viskozitāte, jākontrolē želeja |
4. Pārklājumi un līmvielas: ārkārtējais viskozitātes un vadītspējas-vilcējs-
Zemas-viskozitātes šķidrās sistēmās (piemēram, ūdens-pārklājumos, epoksīda līmēs) vairāk nekā 1,5% oglekļa nanocauruļu pievienošana ļoti viegli izraisa želeju un sadalīšanos. Lai kontrolētu pievienošanas daudzumu drošā diapazonā no 0,5% līdz 1,5%, ir jāpaļaujas uz augstām malu attiecībām un pirms-izkliedes tehnoloģiju.
Šķidru sveķu sistēmu tolerance ir daudz zemāka nekā plastmasas. Bez spēcīgās divskrūves ekstrudera-bīdes lielas CNT piedevas zemas-viskozitātes šķidrumos ļoti viegli nogulsnējas vai veido tīkla želeju, izraisot sveķu pārvēršanos par "melnu mīklu", ko nevar izsmidzināt. Kāds šajā brīdī ir piemērotais oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzums? Atbilde ir izmantot pēc iespējas mazāk augstas-malu attiecības{5}}lampu. Piemēram, tikai 0,1% SWCNT var padarīt epoksīdsveķus vadošus, savukārt MWCNT var būt jāpievieno līdz 1%, lai panāktu tādu pašu efektu, un 1% MWCNT jau ir dubultojuši viskozitāti.
5. Izrāviens no ražotāja: kā Shandong Tanfeng palīdz sasniegt labāku veiktspēju ar mazāku piedevu skaitu?
Izvēloties avota ražotāju, piemēram, Shandong Tanfeng ar augstu-aspekta-attiecību pielāgošanas un pastas-veidošanas tehnoloģiju, var ievērojami samazināt kompozītmateriāla perkolācijas slieksni, nodrošinot ārkārtīgi augstu vadītspēju un mehānisko veiktspēju ar ļoti mazu pievienošanas daudzumu, pilnībā izvairoties no apstrādes pasliktināšanās riska.
Ja jūs vienmēr esat iesprostoti, jo, pievienojot pārāk mazu piedevu, nav nekādu efektu un nevarat apstrādāt ar pārāk daudz, problēma, visticamāk, ir pašā izejmateriālā. Nepietiekama malu attiecība, pārāk zema tīrība un nespēja izkliedēties izraisīs faktisko perkolācijas slieksni, kas būs daudz augstāks par teorētisko vērtību, liekot jums nepārtraukti pievienot vairāk materiāla. Kā profesionāls CNT ražotājs Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd., izmantojot fundamentālo tehnoloģiju, palīdz palielināt pievienošanas apjomu līdz ierobežojumam:
Īpaši-augstas malu attiecības pielāgošana: 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. Ar tādu pašu pievienošanas daudzumu pārklāšanās varbūtība tiek palielināta vairāk nekā 3 reizes, ļaujot MWCNT pievienošanas daudzumu LFP akumulatoru sistēmā samazināt no 1,2% līdz 0,6%, vienlaikus saglabājot ārkārtīgi zemu elektrodu loksnes pretestību.
Ultra-Augstas tīrības pakāpes atņemšana:Metāla katalizatora atlikumi ir vainīgi, kas iznīcina vadošo tīklu un izraisa akumulatora pašizlādi. Shandong Tanfeng izmanto īpašu attīrīšanas procesu, panākot MWCNT tīrību virs 99,9%. Ja piemaisījumi "neaizņem vietu", efektīvais pievienošanas daudzums ir tīrāks.
Gatavs-izmantošanai-Ielīmēšanas risinājums:Lai pilnībā novērstu pulvera aglomerācijas izraisīto "viltus augsto piedevu", Shandong Tanfeng piedāvā iepriekš{0}}izkliedētas pastas NMP šķīdinātājiem, sistēmām uz ūdens{1}} un tīru sveķu sistēmām. Mikronu- līmeņa izkliedēto daļiņu izmērs (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.
Secinājums
Atgriežoties pie galvenā jautājuma, kāds ir atbilstošais oglekļa nanocauruļu pievienošanas daudzums? Atbilde nekādā gadījumā nav vienkārši 1% vai 2%, bet precīza kritiskā vērtība, ko kopīgi nosaka malu attiecība, matricas polaritāte un apstrādes metodes. Jūs varat apstāties, tiklīdz ir pārkāpts perkolācijas slieksnis; akli pievienojot vairāk materiāla, tikai viskozitāte un trauslums negatīvi ietekmēs. Lai patiesi sasniegtu "nelielus daudzumus ar augstu efektivitāti", paļaušanās uz augstu-izmēru-attiecību, augstu-tīrības pakāpi un iepriekš-izkliedētiem pastas produktiem, ko nodrošina tāds avota ražotājs kā Shandong Tanfeng, ir optimālais risinājums, lai izkļūtu no "daudzuma pievienošanas, nepalielinot efektivitāti" purva.