采用TX-10 表面活性劑作為分散劑,并用超聲波振蕩方法對碳納米管(CNTs)進行了分散處理。利用透射電鏡(TEM)觀察了超聲波振蕩時間對碳納米管分散狀態的影響,并評價了碳納米管的損傷。此外,通過靜置懸濁液觀察沉淀的方法,研究了該體系的穩定性。結果表明,CNTs 的直徑越小其抗彎截面系數也越小,在超聲波側向沖擊的作用下產生的彎曲正應力越大,超聲波振蕩造成的損傷也越嚴重,*終導致較細納米碳管在剪切的作用下長度急劇下降,這也是影響CNTs 分散性及其懸濁液穩定性的重要原因。
本研究利用質量分數為1 .5% 表面活性劑TX-10 的水溶液作為分散劑,對直徑8 ～ 15 nm 、20 ～ 30nm 和30 ～ 50 nm 的CNTs 進行了超聲波分散。把分散過程中超聲波對CNTs 的損傷作為本研究的重點進行了深入的研究和討論。此外,從CNTs 損傷的角度揭示了不同形態的CNTs 對其分散性和分散后懸濁液的穩定性的影響機制。研究結果表明:
(1) 超聲波振蕩可以造成CNTs 損傷,特別是直徑為30 nm 以下CNTs 的損傷情況極其嚴重:在振蕩8 h 的條件下,直徑為8 ～ 15 nm 的CNTs 損傷非常嚴重,管壁發生了極度的扭曲現象,CNTs 的長度減小到0 .1 μm 。
(2 ) 由于CNTs 的橫截面抗彎截面系數和CNTs 直徑的立方成正比,因此在相同強度側向沖擊力的作用下,CNTs 的直徑越小,CNTs 管壁產生的彎曲正應力越大;這是導致較小直徑CNTs 容易受到扭轉損傷的重要原因
(3) CNTs 直徑越小,超聲波作用下CNTs 的損傷越嚴重、長徑比下降越多,導致越容易分散,穩定性越好:8 ～ 15 nm 的CNTs 超聲振蕩6 h 可以分散完全,20 ～ 30 nm 的CNTs 超聲振蕩6 h 可以達到*佳分散狀態,30 ～ 50 nm 的CNTs 需要8 h ;超聲波振蕩8 h 后,8 ～ 15 nm 的CNTs 的懸濁液能保存30 d ,20 ～ 30 nm 的CNTs 的懸濁液能保存10 d ,而30 ～ 50 nm 的CNTs 懸濁液只能保存6 d 。