Perspectivas de aplicación de los nanotubos de carbono
La pantalla táctil de nanotubos de carbono se desarrolló con éxito por primera vez entre 2007 y 2008 y fue industrializada en 2011 por la empresa Tianjin Funa Yuanchuang. Hasta ahora, muchos teléfonos inteligentes utilizaban pantallas táctiles hechas de materiales de nanotubos de carbono. A diferencia de la pantalla táctil de óxido de indio y estaño (ITO) existente, que contiene el metal raro "indio", la materia prima de la pantalla táctil de nanotubos de carbono es metano, etileno, acetileno y otros gases de hidrocarburos, y no está restringida por recursos minerales raros; en segundo lugar, la película de nanotubos de carbono producida mediante el método de recubrimiento tiene anisotropía conductora, como un patrón incorporado natural. No requiere procesos de fotolitografía, grabado ni lavado con agua, ahorra mucha agua y electricidad y es más respetuosa con el medio ambiente. ahorro de energía. Los ingenieros también han desarrollado una tecnología de posicionamiento que utiliza la anisotropía conductiva de los nanotubos de carbono. Sólo se necesita una capa de película de nanotubos de carbono para determinar las coordenadas X e Y del punto de contacto. Las pantallas táctiles de nanotubos de carbono también son flexibles, antiinterferencias, impermeables, antigolpes y antiarañazos. Se pueden convertir en pantallas táctiles curvas y tienen un gran potencial para su aplicación en dispositivos portátiles, muebles inteligentes y otros productos.
Según informes de Physicist Organization Network y la BBC del 26 de septiembre de 2013, ingenieros de la Universidad de Stanford en Estados Unidos han logrado un gran avance en el campo de los equipos electrónicos de nueva generación. Construyeron un prototipo de computadora utilizando nanotubos de carbono, que es mejor que el basado en silicio. Las computadoras son más pequeñas, más rápidas y más eficientes energéticamente.
El profesor Giovanni de mikkeli, director de la Escuela de Ingeniería Eléctrica del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana, destacó dos contribuciones técnicas clave a este logro mundial: en primer lugar, el proceso de fabricación basado en nanotubos de carbono. Los circuitos están en su lugar. En segundo lugar, se construye un circuito sencillo y eficaz que demuestra que los cálculos con nanotubos de carbono son factibles. El profesor Naresh, del Consorcio de Investigación y Diseño de Chips de Próxima Generación y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, comentó que aunque las computadoras con nanotubos de carbono aún pueden tardar varios años en madurar, este avance pone de relieve las posibilidades futuras de industrialización de los semiconductores de nanotubos de carbono.
Muchos consideran que el hidrógeno es la fuente de energía limpia del futuro. El hidrógeno en sí tiene una densidad baja, por lo que es muy inconveniente comprimirlo hasta convertirlo en líquido y almacenarlo. Los nanotubos de carbono son livianos y tienen una estructura hueca, lo que los convierte en excelentes contenedores para almacenar hidrógeno. La densidad del hidrógeno almacenado es incluso mayor que la del hidrógeno líquido o sólido. Con un calentamiento adecuado, el hidrógeno se puede liberar lentamente. Los investigadores están intentando crear contenedores portátiles para almacenar hidrógeno a partir de nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono pueden rellenarse con metales, óxidos y otras sustancias, lo que permite utilizarlos como moldes. Al llenar primero los nanotubos de carbono con metales y otras sustancias, y luego eliminar la capa de carbono, se pueden preparar los mejores cables a nanoescala o nuevos materiales unidimensionales para su uso en futuros dispositivos electrónicos moleculares o dispositivos nanoelectrónicos. Algunos nanotubos de carbono también se pueden utilizar como cables a nanoescala. De esta manera, se pueden colocar microcables fabricados a partir de nanotubos de carbono o tecnologías relacionadas sobre obleas de silicio para crear circuitos más complejos.
Se pueden fabricar muchos materiales compuestos excelentes utilizando las propiedades de los nanotubos de carbono. Por ejemplo, los plásticos reforzados con nanotubos de carbono tienen excelentes propiedades mecánicas, buena conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y protección contra ondas de radio. Los materiales compuestos de nanotubos de carbono a base de cemento tienen buena resistencia al impacto, propiedades antiestáticas, resistencia al desgaste y alta estabilidad, y no afectan fácilmente al medio ambiente. Los compuestos cerámicos reforzados con nanotubos de carbono tienen alta resistencia y buena resistencia al impacto. Debido a la presencia de defectos en los anillos de cinco miembros en los nanotubos de carbono, se mejora la reactividad. En condiciones materiales como altas temperaturas, los nanotubos de carbono pueden formar fácilmente una forma de tubo con aberturas en los extremos, ser penetrados fácilmente por el metal y formar compuestos de matriz metálica con metal. Este material tiene alta resistencia, alto módulo, resistencia a altas temperaturas, pequeño coeficiente de expansión térmica y fuerte resistencia a la deformación térmica.
Los nanotubos de carbono también proporcionan a los físicos los mejores tubos capilares para estudiar el mecanismo de los fenómenos capilares, y a los químicos los mejores tubos de ensayo para reacciones nanoquímicas. Pequeñas partículas en los nanotubos de carbono pueden hacer que los nanotubos de carbono cambien la frecuencia de sus oscilaciones en una corriente eléctrica.
Aprovechando esto, en 1999, científicos brasileños y estadounidenses inventaron una "nanoescala" con una precisión de 10 a 17 kg que podía pesar la masa de un solo virus. Luego, los científicos alemanes desarrollaron una "nanoescala" que podía pesar átomos individuales.
Introducción y sugerencias para el uso de dispersantes de nanotubos de carbono
Tomando como ejemplo los nanotubos de carbono y los dispersantes de nanotubos de carbono de Wuxi Wangju Plastic Materials Co., Ltd., la investigación y la práctica La experiencia es la siguiente:
1. Tres elementos de la tecnología de dispersión de nanotubos de carbono
2 Dosis recomendada de dispersante
3. Descripción general de los dispersantes de agua con nanotubos de carbono
IV. Sugerencias sobre el uso de equipos de dispersión ultrasónica y ejemplos de dispersión
Sugerencias sobre el uso de equipos de dispersión y molienda de verbos (abreviatura de verbo)
Los tres elementos de la tecnología de dispersión de nanotubos de carbono: dispersión medio, dispersante y equipo de dispersión
1. Medio de dispersión
(1) Según la diferencia de viscosidad, el medio de dispersión se puede dividir en tres tipos: alta viscosidad, viscosidad media y viscosidad media. baja viscosidad. Los nanotubos de carbono se dispersan fácilmente en medios de baja viscosidad como agua y disolventes orgánicos. Resina epoxi líquida, caucho de silicona líquido y otros medios de viscosidad media. Medios muy viscosos como el plástico fundido.
(2) La tecnología de dispersión de nanotubos de carbono presentada aquí está dirigida a medios de dispersión de viscosidad media y baja.
2. Dispersante
(1) La selección del dispersante está estrechamente relacionada con la estructura, polaridad y parámetros de solubilidad del medio de dispersión.
(2) La cantidad de dispersante está relacionada con la superficie específica de los nanotubos de carbono y los grupos funcionales modificados por enlaces de valencia.
(3) TNWDIS se recomienda como medio acuoso. En disolventes orgánicos altamente polares como alcohol, DMF y NMP, se recomienda TNADIS. Se recomienda utilizar disolventes orgánicos de polaridad media como ésteres, resina epoxi líquida y caucho de silicona líquida.
3. Equipo de dispersión
(1) Equipo de dispersión ultrasónica: es muy adecuado para dispersar nanotubos de carbono a escala de laboratorio y en medios de baja viscosidad, pero causará problemas cuando se use en medio. y medios de alta viscosidad restringidos.
(2) Equipo de molienda y dispersión: adecuado para dispersión a gran escala de nanotubos de carbono y dispersión media de nanotubos de carbono de viscosidad media.
(3) Los nanotubos de carbono se pueden dispersar de manera eficiente y estable utilizando el método combinado de "molienda y dispersión primero, luego dispersión ultrasónica".
Dosis recomendada de dispersante.
1. Superficie específica de los nanotubos de carbono y cantidad de dispersante
Nuestros nanotubos de carbono de grado reactivo se dividen en tubos de pared simple (diámetro exterior
TNWDIS Dosis recomendada: 3,5 veces el peso del tubo de pared simple, 1,0 veces el peso de TNM 1, 0,2 veces el peso de TNM8 Ajuste de referencia para la dosis restante
2. de dispersante<. /p>
Los nanotubos de carbono funcionalizados son más fáciles de dispersar en agua. Generalmente, la cantidad de dispersante se puede reducir en un 50 % después de la carboxilación.
Dosis recomendada por TNWDIS: 1,5-1,8 veces. Peso del tubo de pared simple carboxilado, 0,5 veces el peso del TNM1 carboxilado, 0,1 veces el peso del TNM8 carboxilado
3 Para TNADIS, la dosis recomendada de TNM8 es 0,2 veces el peso corporal. peso corporal
La dosis de otros dispersantes de nanotubos de carbono se puede ajustar consultando
Descripción general de los dispersantes de agua de nanotubos de carbono
1, no incluido. El éter (APEO) es un tensioactivo no iónico respetuoso con el medio ambiente. Desde 1976, los países europeos han promulgado leyes y regulaciones para restringir la producción y el uso de APEO. Contiene grupos aromáticos. dispersiones de nanotubos de carbono. Los grupos aromáticos tienen buena afinidad con las paredes de los nanotubos de carbono y se adsorben fácilmente en las paredes.
3. /p>
Contenido de humedad: 10 %
Punto de enturbiamiento: 68-70 °C
Estructura del dispersante de agua de nanotubos de carbono
La literatura informa tres tensioactivos comúnmente utilizados para dispersar nanotubos de carbono
Sugerencias para el uso de equipos de dispersión ultrasónica
1. Se pueden utilizar molinillos ultrasónicos (tipo puntiagudo) para dispersar nanotubos de carbono.
2. Las ondas ultrasónicas emitidas por el molinillo ultrasónico tienen alta densidad de energía (la energía se concentra en la bocina en lugar de en un plano) y baja frecuencia, lo que es más adecuado para la dispersión de nanotubos de carbono. De acuerdo con la cantidad de dispersión de nanotubos de carbono, seleccione la potencia del molinillo ultrasónico y el diámetro de la bocina adecuados.
3. En medio acuoso, el efecto de cavitación de las ondas ultrasónicas hará que TNWDIS produzca una pequeña cantidad de espuma, lo que afectará el efecto ultrasónico. Puedes optar por dejarlo reposar o agregar un agente antiespumante para eliminar la espuma.
Los medios con alta viscosidad no son adecuados para la dispersión con equipos ultrasónicos. Se recomienda elegir equipos de molienda y dispersión.
Ejemplos de preparación de dispersión mediante molinillo ultrasónico
1. Objetivo: Preparar 100 g de dispersión acuosa de nanotubos de carbono de paredes múltiples (TNM8) con un contenido de nanotubos de carbono del 2%.
2. Equipo principal
(1)Triturador de células ultrasónico Scientific-ⅱD (doméstico). La bocina ultrasónica utilizada es φ 6, la potencia de salida es del 60%, el tiempo de encendido del ultrasonido es de 3 s, el tiempo de apagado del ultrasonido es de 3 s y el tiempo total del ultrasonido es de 5 min.
(2)Centrífuga de baja velocidad SC-3614 (doméstica)
(3)Balance térmico diferencial de microcomputadora HCT-1 (doméstica)
Pasos de operación ( 1 )
1. Disolver 0,40 g de dispersante TNWDIS en 97,60 g de agua desionizada. TNWDIS tiene baja solubilidad a temperatura ambiente y se puede disolver calentándolo en un baño de agua, pero la temperatura de uso no debe exceder su temperatura de punto de enturbiamiento.
2. Añadir 2,00 gramos de nanotubos de carbono y agitar para que los nanotubos de carbono queden completamente humedecidos por la solución acuosa dispersante en lugar de flotar en el agua.
3. Iniciar la exploración ecográfica. Durante el proceso de ultrasonido, la dispersión generará calor y burbujas, por lo que se recomienda que después de 5 minutos de ultrasonido, se pueda sacar la dispersión, enfriar en agua helada, desespumar y luego continuar con el ultrasonido.
4. Observación de la dispersión. Utilice una varilla de vidrio para sumergir una pequeña cantidad de la dispersión en agua limpia y observe el estado de dilución. Los nanotubos de carbono dispersos son como una gota de tinta que cae al agua y se extienden rápida y uniformemente en el agua, mientras que los nanotubos de carbono no dispersos tendrán partículas negras en el agua. El tiempo total de la ecografía es de 30 minutos (5 minutos × 6 veces).
5. Después del tratamiento ultrasónico, la dispersión se centrifuga para eliminar las partículas aglomeradas no dispersas. La velocidad de centrifugación es de 2000 rpm y el tiempo de centrifugación es de 30 minutos. Después de la centrifugación, la dispersión puede permanecer estable durante más de medio año.
6. Después de la centrifugación, el líquido superior se pasa a través de una tela filtrante de malla 300 para obtener la dispersión final de nanotubos de carbono. El precipitado inferior se secó hasta peso constante y se marcó como G2. La precipitación se analizó mediante análisis termogravimétrico y la tasa de pérdida de peso térmica f (%) a 450°C se definió como el contenido del dispersante en la precipitación.
7. El contenido real de nanotubos de carbono en la dispersión (%) = 2,00-(1-f)×G2.
Recomendaciones para el uso de equipos de molienda y dispersión
1. Para preparar 1-2 litros de dispersión acuosa de nanotubos de carbono, se puede utilizar un molino de arena de dispersión de laboratorio y el medio de molienda. pueden ser perlas de silicato de circonio o perlas de circonio de 1,0 a 1,2 mm.
2. Para preparar una dispersión de 10-20 litros de nanotubos de carbono, se puede seleccionar una lijadora de cesta pequeña. Los medios de molienda son perlas de silicato de circonio o perlas de óxido de circonio de menor diámetro permitido por el equipo.
3. Durante el proceso de molienda de arena con medio acuoso, se debe agregar un agente antiespumante para reducir el impacto de la espuma en el efecto de dispersión.
4. Para medios de dispersión de viscosidad media, como resina epoxi líquida, el molino de arena no puede impulsar eficazmente el movimiento del medio. Puede elegir un molino de cono o un molino de tres rodillos para la molienda y la dispersión.