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modification fonctionnelle sur la surface des nanotubes de carbone (cnts)

  • March 18,2019.
nanotubes de carbonesont des nanomatériaux tubulaires unidimensionnels constitués de plaquettes de graphène monocouche et multicouche. ils possèdent de bonnes propriétés de résistance mécanique élevée, une bonne stabilité chimique, une excellente conductivité électrique et un blindage électromagnétique, ils sont donc considérés comme des charges idéales pour les composites à hautes performances. cependant, leur surface manque de groupes actifs, ce qui entraîne une faible dispersibilité et un traitement difficile, ce qui limite leur application pratique. Par conséquent, les chercheurs ont amélioré leur solubilité et leur dispersibilité grâce à la modification de la surface. en même temps, les matériaux fonctionnels multifonctionnels sont préparés en reliant chimiquement ou physiquement les groupes fonctionnels souhaités à la surface de nanotubes de carbone. À l'heure actuelle, la modification de surface de la surface des nanotubes de carbone est devenue un domaine de recherche brûlant.

modification de surface sur nanotubes de carbone

La modification fonctionnelle de surface du nanotube de carbone est principalement divisée en modification organique, modification mécanique et revêtement inorganique.

1. modification organique
la modification organique et la modification de nanotubes de carbone comprennent principalement la modification covalente et la modification non covalente.

(1) modification covalente de surface de nanotubes de carbone

La modification covalente de surface du nanotube de carbone consiste à introduire de nouvelles liaisons covalentes sur la paroi du tube avec réaction chimique afin d’optimiser les performances de cnts. les réactions principales incluent la réaction d’oxydation, l’addition de radicaux libres, la réaction électrochimique et la réaction thermochimique, etc. la réaction d'oxydation consiste à introduire un groupe carboxyle ou hydroxyle de polarité relativement grande au moyen d'un procédé chimique, ce qui provoque la formation d'un groupe actif à la surface des doigts, puis à introduire différents groupes fonctionnels avec une réaction de réticulation covalente.

un groupe de recherche shainghai a utilisé un mélange d'acide (h2so4: hno3 = 1: 3) et d'alcali fort (naoh) pour traiter les métaux, et la valeur absolue du potentiel zêta de la solution de nanotubes de carbone est devenue plus grande, indiquant une meilleure dispersibilité et stabilité, et des moteurs ont une solubilité dans l’eau plus élevée.

après traitement acide, le spectre infrarouge présente un pic d’absorption entre 1600 et 1700 cm-1, indiquant l’introduction du groupe c = o. un faible pic d'absorption a été observé à 1260 cm-1, principalement en raison de la vibration d'étirement du groupe c-o dans le groupe carboxyle. à 3300 à 3500 cm-1, un pic d'absorption d'un groupe hydroxyle libre (-oh) a été trouvé.

(2) modification non covalente des cnts

modification non covalente des nanotubes de carbone signifie qu'aucune liaison chimique covalente n'est introduite à la surface, mais par des liaisons non covalentes. cela inclut l'adsorption physique et le revêtement de surface. Les interactions non covalentes incluent la force dispersive, la liaison hydrogène, la force dipolaire dipolaire, l'empilement π-π et les interactions hydrophobes. les atomes de carbone dans les cnts sont tous hybridés sp2 pour former des électrons π hautement délocalisés, qui peuvent être modifiés avec d'autres composés riches en électrons π par empilement π-π.

Une modification non covalente peut non seulement introduire un polymère sur la surface de la surface, mais également des agents tensioactifs pour modifier l'activité de surface. les tensioactifs comprennent deux parties, respectivement extrémité oléophile et extrémité hydrophile.

L'avantage de la modification non covalente est que les cnts obtenus sont structurellement intacts et conservent leurs propriétés d'origine.

2. modification mécanique
modification mécanique fait référence à l’utilisation de la force externe pour la modification de surface des pneus afin d’optimiser leurs performances. Les méthodes de modification mécanique comprennent le meulage, le frottement, les vibrations, etc. La méthode physique ci-dessus peut augmenter l'énergie interne des nanotubes de carbone et réagir avec certaines substances dans certaines conditions externes, permettant ainsi une modification de surface.

les avantages de la modification mécanique: simple, rapide et peu coûteux.
inconvénients: il est difficile de contrôler pendant le processus de broyage, et la formation de défauts de réseau est facile à rendre la longueur des nanotubes de carbone trop courte, entraînant une perte de leurs propriétés originales.

3. revêtement inorganique
les procédés de revêtement inorganique de cnts comprennent principalement la synthèse in situ en phase liquide et le procédé de dépôt en phase vapeur.

(1) synthèse in situ en phase liquide

La synthèse en phase liquide in situ fait référence à la formation de nouvelles substances in situ à la surface de nanotubes de carbone dans des conditions en phase liquide. ces substances sont principalement des oxydes de métaux non ferreux. en utilisant le revêtement inorganique à la surface des nanotubes de carbone, d’une part, l’oxyde métallique et les nanotubes de carbone peuvent donner d’excellentes propriétés, et d’autre part, l’énergie de la surface des nanotubes peut être considérablement réduite, ce qui réduit degré d'agrégation. la méthode de cristallisation est classée en méthode de cristallisation par calcination et méthode de cristallisation hydrothermale.

la méthode de cristallisation par calcination signifie que le précurseur d’oxyde métallique est converti en un sol correspondant dans une solution aqueuse, adsorbé à la surface de cnts et calciné dans un environnement inerte, et que la température de calcination doit dépasser la température de transition de phase de l’oxyde métallique. L'avantage de cette méthode est que le processus est relativement simple.

la méthode de cristallisation hydrothermale est une méthode relativement courante dans la recherche de revêtements inorganiques. l'avantage est que la taille des matériaux obtenus est petite et uniforme. L'inconvénient est que le processus de production est compliqué.

(2) méthode de dépôt en phase vapeur

le dépôt en phase vapeur fait référence à l'introduction de deux matières premières gazeuses ou plus dans un réacteur, provoquant la collision des matières premières et leur réaction chimique, préparant ainsi un nouveau matériau et le déposant à la surface du substrat.
Les avantages du dépôt en phase vapeur sont que la vitesse de réaction est rapide et complète et que le dépôt est uniforme. il est souvent utilisé pour préparer des matériaux noyau-coque. les chercheurs ont utilisé de l'oxyde de silicium gazéifié pour réagir avec le monoxyde de carbone afin de former du carbure de β-silicium, puis l'ont uniformément déposé à la surface. le revêtement était uniforme et complet.

hongwu nano propose des modifications de surface personnalisées sur les nanotubes de carbone, basées sur la riche expérience et la technologie avantageuse, qui permettent d’améliorer la solubilité et la dispersibilité et d’en tirer le meilleur effet possible. pour plus d'informations ou d'exigence, n'hésitez pas à nous contacter maintenant!

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