热分析与热合对齐NR复合磁场

文摘

我们得到了一致通过磁场碳管橡胶矩阵。TEM显示,菲₃O₄是对称的外表面涂热合。衍射峰对应于菲₃O₄立方晶体x射线衍射光谱也出现。复合材料的热导率增加的碳管通过填写相应的内容。如果磁场较大时间较长和方向,更可以获得复合材料的热导率。

1。介绍

碳纳米管(碳纳米管),一种典型的一维nanocarbon材料似乎与一个无缝的纳米管结构由单层或多层石墨片卷曲,显示各种优良性能如电、热、机械、光学特性和吸引了太多的关注由于其出色的性能和显著的潜在应用在很多领域自1991年饭岛爱的观察(1]。碳纳米管成为研究的焦点和前沿科学和工业自阿加延et al。2)用碳纳米管增强聚合物复合材料。因此,许多学者进行了大量的研究和探索,取得了可喜的成果。然而,这些研究主要集中在树脂、塑料等复合材料。对碳纳米管增强橡胶复合材料的研究主要集中在力学、热稳定性、导电和电磁工作。研究碳纳米管填充橡胶的导热性能甚至是有限的。

橡胶是一种典型的粘弹性聚合物。其导热系数非常小(约0.2 W / (m·K)),由于声子散射造成的晶格缺陷的存在和它的链段非自由运动。然而,碳纳米管使传热成真主要通过声子的振动。因此碳纳米管的高导热系数见相关文章;据报道,碳纳米管的热导率的理论价值高达6600 W / (m·K) [3),与实验值也可以达到3000 W / (m·K) [4]。橡胶填充碳纳米管的热导率的研究近年来也取得了一些成就(5,6]。但我们的团队7)发现,尽管碳纳米管拥有优秀的导热系数本身,其改善橡胶的导热能力是有限的。主要的原因是基于碳纳米管的复合材料的热性能是密切相关的分布,碳纳米管在复合材料的结构特点,微观状态和传热的规则8- - - - - -12]。

取向分布和不同的现状有一个明显的影响形成导热网链结构,碳纳米管,特殊的导热材料,具有一维结构的特殊性,与其他导热填料相比,这必然会带来更大的影响复合材料的导热性能。Marconnet et al。13]发现环氧树脂复合材料的热导率充满了东方的17%碳纳米管增加了18%。公园等。14面向)发现,如果碳纳米管在环氧树脂的机械方法,复合材料的热导率上升到100 W / (m·K),相比之下,与任意安排碳纳米管环氧树脂复合材料在室温下,它拥有一个导热55 W / (m·K)。阿布达拉et al。15]使碳纳米管排列在磁场中,发现树脂树脂复合材料的热导率沿碳纳米管取向的方向是更大的比垂直方向。Haggenmueller et al。16]研究了聚乙烯复合材料填充碳纳米管的热导率,发现热导率明显增加的方向系数的增加轴向方向。

在这篇文章中,磁性纳米铁的形成₃O₄碳纳米管报告首先,这是由热液过程中,微碳纳米管为载体。和微观结构分析、磁性的铁₃O₄碳纳米管,铁的同质性₃O₄在碳纳米管表面。然后,碳纳米管是在橡胶性质一致采用的方法解决混合在一个磁场17),在室温下,橡胶交联。然后提出了NR聚合物复合材料;随着碳纳米管的微观结构研究对齐在自然橡胶和磁场强度之间的关系,定位时间,自然橡胶复合材料的热导率。

2。实验

2.1。材料

材料如下:自然橡胶(61.5)的总固体含量;微碳纳米管(直径:20 - 40海里;长度:5 - 15μm;比表面积:90 - 120²/ g;深圳市纳米港有限公司有限公司);十二烷基硫酸钠(SDS);FeCl₃h·6₂O;FeSO₄h·7₂O;甲苯;乙基黄原酸钾;二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC);其他橡胶固化助剂。

2.2。制造的铁₃O₄碳纳米管

碳管的预处理:在实验中使用的碳纳米管是由化学气相沉积(CVD);nanocarbon材料可以获得的混合物,其中包含大量的催化剂颗粒,无定形碳,nanocarbon颗粒和其他杂质。这些杂质严重影响碳纳米管的性能,限制了碳纳米管的应用。因此,原始碳纳米管需要纯化。此外,由于碳纳米管的表面光滑,没有保税或共价碳纳米管之间的相互作用和铁₃O₄。所以很有必要使碳纳米管表面有足够的费用组。现在,10 g原始碳纳米管500毫升的浓硫酸和硝酸的混合物(体积比1:1)的添加,并纯化6 h 60°C下超声处理,然后过滤和去离子水清洗一遍又一遍,直到中立。然后在真空下干燥80°C。

CNTs-Fe制备磁性纳米复合材料₃O₄(16):0.004摩尔FeCl₃h·6₂O和0.002摩尔FeSO₄h·7₂O加入去离子水400毫升,1 g的纯化碳纳米管,然后在室温下通过超声波分散0.5 h。首先,混合溶液搅拌在氮气保护下在50°C 0.5 h。其次,6 mol / L氢氧化钠溶液添加到调整混合溶液的PH值是碱性在65°C。在反应1 h, 0.25 g十二烷基硫酸钠(SDS)被添加到混合溶液在85°C。最后,混合溶液冷却到室温下搅拌,然后过滤泥沙。中性的沉积物被去离子水。菲₃O₄纳米磁性复合材料是使用磁铁分离出来,在真空干燥箱干燥,然后地面。

2.3。制造的铁₃O₄碳纳米管/ NR复合

NR复合材料用于实验的配方如表所示1。NR在甲苯溶液溶解,搅拌和分散1 h。与此同时,菲₃O₄/ MWNTs甲苯溶液中分散使用超声波分散机1 h。为了获得混合的混合物,我们以上两种溶液混合2 h。橡胶添加剂的混合解决方案添加到混合溶液的NR和铁₃O₄/ MWNTs。然后我们把混合物放在培养皿和移除泡沫在真空条件下为0.5 h。把菜放在磁场中某段时间让菲₃O₄/ MWNTs定位(图1)。

3所示。结果与讨论

3.1。TEM分析铁₃O₄/ MWNTs复合粒子

图2O-MWNTs最佳酸化条件下,铁吗₃O₄由化学共沉淀/ MWNTs nanomagnetic复合粒子。图2(一个)表明MWNTs被剪短,结束帽开放,而MWNTs的表面成为生成非晶碳在他们准备和清洁nanocarbon颗粒和其他杂质被清除后酸治疗。这些变化为菲提供了骨架₃O₄。TEM照片显示MWNTs被铁涂层₃O₄磁性粒子。显然,大量的黑色粒子的尺寸大约20 nm对称MWNTs的外表面涂层。在准备和清洗过程中,铁₃O₄MWNTs仍相对均匀地吸附在粒子表面没有下降在相对较长时间的超声振荡和混合治疗。这表明一个负电荷被纯化MWNTs表面产生,所以一定程度的静电吸引铁₃O₄粒子MWNTs牢牢地吸附在表面上。

3.2。x射线衍射光谱MWNTs涂布的铁₃O₄

图3表明O-MWNTs混酸处理(a)和MWNTs涂上了铁₃O₄。典型的布拉格峰出现在2θ在曲线(a) = 26.018°,也出现在曲线(b)在同一位置。但其强度明显小于O-MWNTs曲线的削弱作用。对比JCPDS卡片(88 - 315)在30.258°,35.519°,43.213°,53.517°,57.101°,62.770°,衍射峰对应于菲₃O₄立方晶体(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440),六个水晶的面孔。

3.3。磁场的有限元分析₃O₄/ MWNTs

左边的图的照片4表明,磁性纳米铁粒子₃O₄/ MWNTs被添加到水超声振动和均匀分布。然后正确的图的照片4是把混合得到的解决方案在一个磁场。它是发现,铁₃O₄/ MWNTs复合粒子迅速解决向烧杯墙的一边,这表明MWNTs涂上了铁₃O₄提高磁本身。

3.4。SEM分析NR复合材料充满了铁保持一致₃O₄/ MWNTs

从图可以看出5,接触铁的概率₃O₄和MWNTs增加粒子填充分数的增加和促进一个更完美的热网络链。菲₃O₄粒子相互接触表面的碳管作为MWNTs之间的一座桥梁。越长时间取向或磁场强度越大,铁的取向程度越大₃O₄/ MWNTs可以获得。粒子排列在平行取向方向减少热阻。复合材料的热导率增加而定向时间和磁场强度(图5)。

3.5。NR复合材料的热性能分析充满了铁₃O₄/ MWNTs

铁的取向程度₃O₄在NR / MWNTs矩阵增加,这可能会导致NR复合材料的各向异性以及磁场的方向。NR复合材料获得更高的热导率和增长率在强磁场取向方向(B₁= 400吨B₂= 600吨)。强磁场的作品是铁上完成的₃O₄/ MWNTs,归因于NR复合材料的各向异性程度高(图6)。

我们得到的导热系数曲线NR复合材料在不同磁场强度为1.5小时。随着铁的增加₃O₄/ MWNTs填充分数,NR复合材料的热导率的增加逐渐和强磁场(B₂对提高导热系数)有更大的影响。复合材料的热导率是更好的B₂因为更高的取向程度的铁₃O₄/ MWNTs(图7)。

4所示。结论

(1)TEM显示,菲₃O₄均匀涂在MWNTs的外表面。衍射峰对应于菲₃O₄立方晶体x射线衍射光谱也出现。(2)在没有磁场的情况下,复合材料的热导率不同的铁₃O₄/ MWNTs内容增加,随后与测试温度。随着填料量的增加,传热网络链的形成变得越来越完美,属性复合材料有更高的热导率。(3)复合材料的热导率增加碳管填充适当的修改。如果磁场较大时间较长和方向,复合材料的热导率更大。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

支持这项工作由中国国家自然科学基金(没有。51276091)和山东省科技部门,中国(没有。2014 zzcx01503)。

引用

1. 饭岛爱,“螺旋微管的游离碳,”自然,卷354,不。6348年,56-58,1991页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 下午阿加延,o . Stephan c . Colliex和d . Trauth”对齐碳纳米管阵列通过减少聚合物resin-nanotube复合,形成“科学,卷265,不。5176年,第1214 - 1212页,1994年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. s .柏柏尔Y.-K。Kwon, d . Tomanek“异常高的碳纳米管的热导率,”物理评论快报,卷84,不。20日,第4616 - 4613页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 施p . Kim l ., a . Majumdar和p·l·麦克尤恩“热传输测量单个微管的,”物理评论快报,卷87,不。21日,ID 215502条,2001年。视图:谷歌学术搜索
5. J.-T。罗,H.-C。温,W.-F。吴,C.-P。周,“机械研究碳纳米管/ PMMA复合电影,”聚合物复合材料卷,29号12日,第1290 - 1285页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. a . a . Abdullateef s·托马斯·m·a . Al-Harthi et al .,“天然橡胶纳米复合材料的功能化碳纳米管:机械、动力机械、和形态学研究,“应用聚合物科学杂志》上补充1卷。125年,E76-E84, 2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. Z.-P。王”,试验研究产权的橡胶复合材料填充碳纳米管,”先进材料的研究卷,87 - 88,110 - 115年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. J.-T。Di, Z.-Z。勇,X.-J。杨,Q.-W。李,“碳纳米管阵列的结构和形态依赖催化剂聚合,”应用表面科学,卷258,不。1,十三至十八页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. y, m . Kitanaka d·朱,m .松尾”的发展高度取向聚乙烯充满对齐碳纳米管由凝胶/结晶从解决方案,“大分子,36卷,不。16,6213 - 6219年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. t . y . a . Kim Hayashi, m . Endo y后藤n .和田和j . Seiyama“对齐碳nanotube-filled橡胶复合材料制造,Scripta Materialia,54卷,不。1,31-35,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 康,m·阿卜杜勒·Khaleque y柳,p . j . Yoon S.-Y。金,k . t . Lim“乙烯丙烯二烯橡胶的制备和性能/多壁碳纳米管复合材料对应变敏感材料,”复合材料:应用科学和制造业,42卷,不。6,623 - 630年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. h·陈,a·罗伊J.-B。瞿门敏、朱l . j ., l .戴“控制增长和改性碳纳米管垂直的姿势的多功能应用,”材料科学与工程R:报告,卷70,不。3 - 6,63 - 91年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. a . m . Marconnet n .山本m . a .装甲b·l·瓦尔德和k . e .古德森”热传导nanotube-polymer对齐碳纳米复合材料的组装密度高,“ACS Nano,5卷,不。6,4818 - 4825年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. j·j·g .公园,问:Cheng陆et al .,“MWCNT /环氧复合材料的热导率:长度的影响,校准和功能化,”碳,50卷,不。6,2083 - 2090年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m·阿布达拉·d·迪恩,m·西奥多·j·菲尔丁,e . Nyairo和g的价格,“磁处理的碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料:形态、热、力学性能,”聚合物,51卷,不。7,1614 - 1620年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. r . Haggenmueller c . Guthy j . r .卢克斯j·e·费舍尔和k . i .酒的“单壁碳纳米管/聚乙烯纳米复合材料:热导电性,”大分子,40卷,不。7,2417 - 2421年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. k . a .阿南德·t·s .何塞·r·亚历克斯和r·约瑟夫“自然rubber-carbon通过乳胶复合纳米管复合材料,”国际期刊的高分子材料和高分子生物材料卷,59号1,33-44,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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