Tiriant ir plėtojant modifikuotą plastiką, maitinimo baterijas ir specialias dangas, anglies nanovamzdeliai tikrai yra „pramoninis priedas“, skirtas pagerinti našumą. Tačiau daugeliui inžinierių nuo pat pradžių nepavyksta: pridėjus per mažai, tai neturi jokio poveikio, o pridėjus per daug ne tik didėja išlaidos, bet ir milteliai sulimpa, o tai lemia apdorojimo gedimą. Koks yra tinkamas anglies nanovamzdelių pridėjimo kiekis? Tai jokiu būdu nėra skaičius, nulemtas spėlionių, o sunkus rodiklis, nulemtas medžiagų mokslo ir reologijos prasiskverbimo slenksčio. Aklai sukrauti medžiaga bus tik priešinga. Šiandien naudosime tikrus kiekybinius duomenis, kad įvairiais scenarijais būtų išsamiai išardyta papildoma suma.
1. Pagrindinė logika: kodėl daugiau anglies nanovamzdelių ne visada yra geresni?
Pridedamas anglies nanovamzdelių kiekis turi viršyti „perkoliacijos slenkstį“, kad susidarytų laidus tinklas, tačiau viršijus slenkstį, pagerėjus našumui, grąža mažėja, o sistemos klampumas padidės eksponentiškai, smarkiai pablogindamas apdirbamumą.
Norėdami išsiaiškinti, koks yra tinkamas anglies nanovamzdelių kiekis, pirmiausia turite suprasti perkoliacijos teoriją. Kai pridedamas labai mažas kiekis, vamzdeliai izoliuojami matricoje ir nelaidžia elektros energijai. Kai pridedamas kiekis pasiekia kritinį tašką (perkoliacijos slenkstį), vamzdeliai akimirksniu persidengia ir sudaro trimatį prasiskverbiantį tinklą, o laidumas šokteli keliais dydžiais. Tačiau peržengus šį posūkio tašką ir toliau įdėjus medžiagą, laidumas didėja labai laipsniškai, tačiau dėl didelio -aspekto-santykio nanodalelių susipainiojimo sistemos klampumas smarkiai padidės. Įpurškimo ar ekstruzijos procesuose didelis įpylimo kiekis reiškia itin didelį varžto sukimo momentą, labai prastą takumą ir didelį trapumą.
| Papildymo sumų diapazonas | Laidus tinklo būsena | Makroskopinio laidumo pokytis | Sistemos klampos padidėjimas | Apdorojimas ir mechaninis poveikis |
|---|---|---|---|---|
| Žemiau slenksčio (<0.5%) | Izoliuotos salos, nesusijusios | Izoliatorius (<10⁻⁸ S/m) | Labai mažas | Puikus takumas, nėra sustiprinimo efekto |
| Perkoliacijos zona (0,5–2 %) | Momentinis įsiskverbimas į tinklą | Eksponentinis šuolis (10⁻⁴~10¹ S/m) | Padidėjimas 50–100 % | Pralaidumas pradeda mažėti, anti{0}}statinis lygis |
| Overload Zone (>3%) | Tinklo dubliavimas ir sutapimas | Lėtas augimas (plato laikotarpis) | Surge of >300% | Itin sunkiai apdorojamas, dervos trapumas, streso koncentracija |
2. Laidžios plastikos scenarijus: kaip tiksliai nustatyti antistatinius ir laidžius laidus?
Laidžiuose plastikuose daugiasienių anglies nanovamzdelių kiekis paprastai yra 1 %-5 %, o viensieniams anglies nanovamzdelių reikia tik 0,05–0,5 %. Per didelis priedas labai pablogins plastiko atsparumą smūgiams ir paviršiaus blizgesį.
Kalbant apie tinkamą anglies nanovamzdelių kiekį, plastiko modifikavimas yra tipiškiausias bandymų pagrindas. Skirtingos varžos taikiniai nustato pridėjimo kiekį. Norint pasiekti antistatinį lygį (10⁶-10⁹ Ω/kv.), pakanka 1–2 % MWCNT. Norint pasiekti elektromagnetinio ekranavimo lygį (<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.
| Tikslinis našumo lygis | Paviršiaus varža | Rekomenduojamas MWCNT priedas | Rekomenduojamas SWCNT priedas | Poveikis mechaninėms savybėms |
|---|---|---|---|---|
| Anti{0}}statinis įvertinimas | 10⁶ - 10⁹ Ω/kv | 1.0 - 2.0 masės % | 0.05 - 0.2 masės % | Šiek tiek padidėja tempimo stipris |
| Laidus laipsnis | 10³ - 10⁶ Ω/kv | 2.0 - 3.5 masės % | 0.2 - 0.5 masės % | Vidutinis, smūgio stiprumas pradeda mažėti |
| Elektromagnetinio ekranavimo klasė | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 masės % | 0.5 - 2.0 masės % | Sunkus, medžiaga tampa trapi, sunkiai apdorojama |
Duomenų nuoroda: „Shandongo Tanfeng New Material“ laboratorijos dvynių{0}}sraigtinio ekstruzijos bandymo duomenys kompiuterio matricoje.
3. Laidus ličio baterijos priedas: kur yra ribinis skirtumas tarp 0,02% ir 1%?
Ličio baterijų katoduose viena{0}}sienių anglies nanovamzdelių kiekis paprastai yra 0,02 %-0,1 %, o daugiasienių anglies nanovamzdelių kiekis yra 0,5–1,5 %. Per žemas lygis negali sukurti didelio nuotolio laidaus tinklo, o per aukštas išstums aktyvią medžiagą ir labai pablogins elektrodų dangos veikimą.
Kai kovojama su tinkamu anglies nanovamzdelių kiekiu ličio baterijos lauke, tai iš esmės yra žaidimas tarp „energijos tankio“ ir „elektroninio laidumo“. Patys anglies nanovamzdeliai nekaupia ličio; pridedant per daug netiesiogiai sumažinama katodo miltelių dalis (LFP/NCM), o tai tiesiogiai sumažina baterijos talpą. Be to, didelė CNT koncentracija sukels suspensiją stipriai tiksotropiškai, todėl elektrodo danga bus labai linkusi subraižyti arba džiūti.
| Katodinių medžiagų sistema | Laidus priedų formulė | CNT tipas ir papildymo suma | Elektrodo lakšto varžos sumažinimas | Srutos klampumas / dangos efektyvumas |
|---|---|---|---|---|
| Ličio geležies fosfatas (LFP) | SP + MWCNT | MWCNT 0.8 - 1.2 masės % | Sumažinti 40–50 % | Vidutinė, įprasta danga |
| Trinarė medžiaga (NCM811) | SP + MWCNT | MWCNT 0.5 - 0.8 masės % | Sumažinti 30–40 % | Geras, lengvai pasiskirsto |
| Didelis-nikelio/silicio-anglies kiekis | SP + SWCNT | SWCNT 0.02 - 0.1 masės % | Sumažinti 60–80 % | Mažas klampumas, reikia kontroliuoti želėjimą |
4. Dangos ir klijai: ekstremalus klampumo ir laidumo{1}}traukimas{2}}
Mažo -klampumo skystosiose sistemose (pvz., vandens- dangose, epoksidiniuose klijuose) pridėjus daugiau nei 1,5 % anglies nanovamzdelių, labai lengvai susidaro želė ir nutrūksta. Būtina pasikliauti aukštu formato santykiu ir išankstinės-dispersijos technologija, kad pridėtų kiekį būtų galima kontroliuoti saugiu 0,5–1,5 % diapazonu.
Skystos dervos sistemų tolerancija yra daug mažesnė nei plastiko. Be galingo dvigubo-sraigtinio ekstruderio šlyties, dideli CNT priedai mažo-klampumo skysčiuose labai lengvai nusėda arba sudaro tinklinį gelį, todėl derva tiesiogiai virsta „juoda tešla“, kurios negalima purkšti. Koks šiuo metu yra tinkamas anglies nanovamzdelių kiekis? Atsakymas – naudoti kuo mažiau didelio-krašto-santykio vamzdžių. Pavyzdžiui, tik 0,1 % SWCNT gali padaryti epoksidinę dervą laidžią, o MWCNT gali prireikti pridėti iki 1 %, kad būtų pasiektas toks pats efektas, o 1 % MWCNT jau padvigubino klampumą.
5. Gamintojo proveržis: kaip „Shandong Tanfeng“ padeda pasiekti geresnių rezultatų su mažiau priedų?
Pasirinkus šaltinio gamintoją, pvz., Shandong Tanfeng, naudojant aukštą-vaizdo-santykio tinkinimo ir įklijavimo-technologiją, galima žymiai sumažinti kompozitinės medžiagos prasiskverbimo slenkstį, pasiekti itin aukštą laidumą ir mechanines charakteristikas su labai mažu priedo kiekiu, visiškai išvengiant apdorojimo pablogėjimo rizikos.
Jei visada esate įstrigę dėl to, kad neturite jokio poveikio su per mažai priedų ir negalite apdoroti per daug, greičiausiai problema yra pačioje žaliavoje. Dėl nepakankamo formato santykio, per mažo grynumo ir nesugebėjimo išsklaidyti tikroji prasiskverbimo riba bus daug didesnė nei teorinė vertė, todėl nuolat reikia pridėti daugiau medžiagos. Kaip profesionali CNT gamintoja, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd., naudodama pagrindines technologijas, padeda jums padidinti papildymo sumą iki ribos:
Itin-didelio formato tinkinimas: 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. Esant tokiam pat kiekiui, persidengimo tikimybė padidėja daugiau nei 3 kartus, todėl MWCNT papildymo kiekį LFP akumuliatoriaus sistemoje galima sumažinti nuo 1,2% iki 0,6%, išlaikant itin mažą elektrodo lakšto varžą.
Itin{0}}Didelio grynumo atimtis:Metalo katalizatoriaus likučiai yra kaltininkai, kurie sunaikina laidų tinklą ir sukelia savaiminį akumuliatoriaus{0}}išsikrovimą. Shandong Tanfeng naudoja specialų valymo procesą, kurio MWCNT grynumas viršija 99,9%. Jei priemaišos „neužima vietos“, efektyvus papildymo kiekis yra švaresnis.
Paruošta-naudoti-Įklijavimo sprendimas:Siekdama visiškai pašalinti „klaidingai didelį priedą“, kurį sukelia miltelių aglomeracija, „Shandong Tanfeng“ tiekia iš anksto{0}}dispersines pastas, skirtas NMP tirpikliui, vandens{1}}sistemoms ir grynos dervos sistemoms. Mikronų- lygio išsklaidytų dalelių dydis (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.
Išvada
Grįžtant prie pagrindinio klausimo, koks yra tinkamas anglies nanovamzdelių kiekis? Atsakymas jokiu būdu yra ne tik 1% ar 2%, bet tiksli kritinė vertė, bendrai nustatoma pagal formato santykį, matricos poliškumą ir apdorojimo metodus. Galite sustoti, kai peržengsite prasiskverbimo slenkstį; aklai pridedant daugiau medžiagos, tik klampumas ir trapumas atsilieps. Norint iš tikrųjų pasiekti „nedidelį kiekį didelio efektyvumo“, pasikliauti dideliu-vaizdo-santykiu, dideliu-grynumu ir iš anksto išsklaidytais pastos produktais, kuriuos tiekia šaltinio gamintojas, pvz., Shandong Tanfeng, yra optimalus sprendimas, norint iššokti iš „kiekybės pridėjimo nepadidinant veiksmingumo“ liūno.