文摘

功能性碳纳米管(CNT)碳纳米管的复合纸描述是一致的。这种“aligned-CNT复合纸”是一个灵活的复合材料,问功能(如导电性)虽然是一篇论文。研制了一种先进的加工方法克服以往CNT-composite论文的问题,也就是说,电导率降低由于随机问对齐。调整纳米管通过使用交流电(AC)场假设增加导电性,给这篇论文是各向异性的特点。实验结果表明,非离子表面活性剂是不适合作为制造aligned-CNT问分散剂复合纸,儿茶素环和亲水性基团是合适的。的扫描电镜观察样品准备使用儿茶素表明,碳纳米管在交流磁场的方向对齐在纸上的纤维。电导率的测量表明,表面电阻不同的方向对齐碳纳米管(高导电率)和垂直度(低)。aligned-CNT-composite纸样品的导电率高于不结盟样本。这种独特的和功能纸,和各向异性导电率高,适用于导电材料来控制电流的方向。

1。介绍

纳米技术,最活跃的研究领域之一,发现应用在许多领域,导致了各种新的碳纳米材料包括富勒烯的发展,石墨烯,碳纳米管(碳纳米管)。碳纳米管,于1991年被发现1],尤其具有吸引力是因为他们的各种特性,包括高导电性、导热系数高,两个阶段(半导体和金属)。因此,许多研究人员研究了从经济增长技术的应用。此外,新材料开发,整合问特征。例如,树脂和铝等材料的特性提高了碳纳米管添加到他们(2,3]。我们之前开发的一个CNT-composite纸,很轻,便宜,很容易的工作,环保。此外,碳纳米管的特点,尽管是一篇论文,因此潜在可用作为导电纸(4),一个电磁屏蔽表(5),一篇论文晶体管(6),和太阳能电池7]。

然而,这CNT-composite纸并不适合作为导电材料由于其导电性差,导致随机排列的碳纳米管纤维。随机排列的碳纳米管有很大的接触点,导致贫困CNT-composite纸的导电性,在碳纳米管中。为了解决这个问题,我们做了通过调整纳米管,减少接触点的数量和连续创造了更多的导电路径。控制问对齐应该改善CNT-composite纸的导电性,导致一个各向异性的特点。

2。制造Aligned-CNT-Composite纸

我们以前报道的简单和容易的方法制作CNT-composite文献[4]。我们已经加强这种方法使控制问对齐。使用这种方法,我们可以制造“aligned-CNT-composite纸。“在这项研究中,我们只关注控制表面问对齐文件作为第一步实现制造的新的复合文件。

2.1。试验方法

我们决定使用交流电(AC)字段控制问对齐的基础上报告方法表明,碳纳米管分散可以通过使用一个交流领域[对齐8]。在报告中,碳纳米管是对齐的方式类似于电极间形成一座桥。制造aligned-CNT-composite纸,我们认为以下四个基本步骤,试验方法。(1)准备问色散。5毫克的多层碳纳米管(蒸汽发展碳纤维;VGCF,昭和电工Inc .)和750年μL的非离子表面活性剂(Triton x - 100)作为一个问使用分散剂。他们被添加到25毫升的纯水和辐照与超声波分散30分钟。(2)准备一个正方形(2.5厘米×2.5厘米),并将一张纸的底部。设置电极应用面对面交流领域的论文。为了简单起见,我们在这里使用常规的复印机纸。(3)下降1.5毫升的问分散在纸上,并应用一个交流领域。块脉冲 = 4 0 V /厘米 = 1 MHz。(4)继续应用交流领域,直到问分散在纸上干。

我们做了一个纸样品使用这种方法,使用扫描电子显微镜(SEM)观察到它。由SEM图像如图所示1纸上的碳纳米管没有对齐纤维尽管一个交流领域的应用。

(一)
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(b)
(b)
图1
SEM图像CNT-composite纸(低放大率(a)、(b)高放大倍数)。分散剂在非离子表面活性剂。碳纳米管没有对齐。

确定纳米管不一致的原因,我们研究了CNT的透射性质分散。如照片所示图2被删除的,10秒后,纯水没有渗透到纸上。相比之下,问色散已经渗透进纸。这是归因于存在表面活性剂的分散,因为表面活性剂降低表面张力。


图2
外观CNT的色散(左)和纯粹的水滴(右)在纸上10秒后下降。问色散已经渗透进纸,而纯净水仍然在表面上。

我们考虑制造过程中碳纳米管的运动。问分散掉在纸上时,纳米管很快被吸附的论文随机因为不久,如图2所示,问分散渗透。交流领域应用时,液体的碳纳米管层可能是一致的。然而,虽然干燥,但对齐碳纳米管是影响随机排列碳纳米管吸附的纸。结果,对齐碳纳米管被打扰。我们因此得出结论:非离子表面活性剂不应该被用于制造aligned-CNT-composite纸。

2.2。修改后的方法

这一结论的基础上,我们开发了一种控制问对齐的方法使用nonsurfactant分散剂。我们决定使用绿茶儿茶素(图3显示其结构式)分散碳纳米管(9有两个原因。(1)儿茶素的六元环适合CNT的由于π堆积相互作用。(2)儿茶素可以溶于水,因为它有一个亲水基团。


图3
儿茶酸的结构式六元环与亲水基团。

我们准备一个新的问分散以儿茶素为分散剂,把它在纸上。如图4、分散并没有渗透到纸10秒后下降。


图4
外观CNT的色散与儿茶素在纸上10秒后下降。分散不渗透。

我们制作的样品用一节中描述的方法2。1以儿茶素为分散剂的表面活性剂。我们用5毫克VGCF和儿茶素的5毫克。由SEM图像如图所示5纸上的碳纳米管纤维在交流磁场的方向一致。从这些结果,我们得出的结论是,儿茶素适用于制造aligned-CNT-composite纸。在这项研究中,制作样品是严格意义上的“aligned-CNT-covering纸”。然而,我们最终的目标是发展“aligned-CNT-composite纸”对齐碳纳米管被放置在一个纸。因此,我们在这里假设样本是一个“aligned-CNT-composite纸。”

(一)
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(b)
(b)
图5
SEM图像CNT-composite纸(低放大率(a)和(b)高放大倍数)。分散剂是儿茶素。碳纳米管是一致的。

3所示。的导电性质Aligned-CNT -复合纸

澄清交流领域所扮演的角色的定位控制,我们测量的导电性质aligned-CNT-composite纸。具体来说,我们测量两个方向的表面电阻:对齐方向和垂直方向。供参考,我们编造non-alignment-controlled (AC字段没有应用)CNT-composite纸问相同的密度通过使用相同的方法。为样本,在纸上问密度为0.0568毫克/厘米2。

如表所示1,有一个不同排列方向和垂直方向之间的电阻。即电导率与测量方向改变。这意味着aligned-CNT-composite纸具有独特的导电性。此外,对齐方向的电导率高于不结盟的控制。这些结果表明,当前CNT-composite纸有效流动,使随机排列碳纳米管是一致的。我们可以使碳纳米管在纸上,让高各向异性电导率通过使用该方法。

表1
表面电阻CNT-composite纸问密度为0.0568毫克/厘米2(平均5测量)。

接下来,探讨电导率和问密度之间的关系,我们制作样品的五个不同问密度:0.0284,0.0426,0.0568,0.0852和0.1136毫克/厘米2。我们测量两个方向的表面电阻:对齐方向和垂直方向。我们制作的不结盟控制样品供参考。图6显示了表面电阻测量平均在5。


图6
表面电阻CNT-composite纸(对齐方向、垂直方向和不结盟控制)。

三问较高的样本密度、电导率增加以下订单:垂直方向<不结盟控制<对齐方向。

两个样本问密度较低,电导率增加以下订单:不结盟<垂直方向的控制≈调整的方向。

电导率明显依赖问密度。澄清这种依赖性,我们观察到的样本问密度最高(0.1136毫克/厘米2)和最低密度(0.0284毫克/厘米2通过扫描电镜)。

图7(一)显示了扫描电镜图像样本的结果没有对齐问密度最高的控制。纸纤维无法区分是由于许多随机对齐碳纳米管的存在。图7 (b)显示了SEM图像对齐控制。纳米管在交流磁场的方向一致。这些结果表明,一个交流领域可用于控制碳纳米管在纸上的一致性。

(一)
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(b)
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图7
扫描电镜的图像CNT-composite-paper问密度为0.1136毫克/厘米2((一)不结盟控制和(b)对齐控制)。我们无法证实纸纤维,因为大量的碳纳米管藏。

图8(一个)显示了扫描电镜图像样本的结果问最低的密度没有对齐控制。这个示例没有表现出电导率,因为没有足够的碳纳米管纤维在纸上构建一个导电路径。图8 (b)显示了SEM图像对齐控制。这个示例展示电导率在对齐和垂直方向。碳纳米管形成一个条纹模式在纸上纤维和导电路径。我们认为交流领域激发极化在碳纳米管,使其旋转和互相吸引,导致导电路径的建设。这些发现表明,aligned-CNT-composite纸用更少的碳纳米管比先前CNT-composite论文仍然可以导电。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
扫描电镜的图像CNT-composite-paper问密度为0.0284毫克/厘米2((一)不结盟控制和(b)对齐控制)。

4所示。结论

我们已经描述了一个简单和容易的方法制作aligned-CNT-composite纸通过使用一个交流领域。一个包含儿茶素问分散掉在一篇论文,和一个交流领域应用于分散在纸上,直到它变干。纳米管在纸上对齐,儿茶素被用作分散剂而不是当一个使用非离子表面活性剂。测量的导电性质aligned-CNT-composite论文显示,它有一个各向异性导电性质。这意味着它可以用作导电材料来控制电流的方向。此外,它的电导率高于nonalignment-controlled-CNT-composite纸尽管有相同数量的碳纳米管。因此,aligned-CNT-composite纸可以创建使用更少的碳纳米管。调查的导电性能和问密度之间的关系表明,导电率取决于问密度。这意味着用更少的碳纳米管可以导电,如果CNT-composite纸对齐碳纳米管的控制。

在这项研究中,周围的阻力值样本制作几kΩ/平方。似乎这些值高与其他问表值的报告。我们考虑的原因是存在可能覆盖VGCFs的儿茶素。通常,分散剂必须清除通过加热蒸发或清洗导电问表的制作提高电导率。如果我们能消除儿茶素分散剂,电阻值应减少到约几Ω/平方。因为据报道,大部分VGCF大约有10−3Ωcm作为电阻率(10]。作为儿茶素的去除方法,热解方法(11,12和洗涤方法13)已报告,分别。在热解过程中,儿茶素是正交从200°C使用蒸汽(11,12]。然而,这样的方法不能应用于我们的复合样品,因为正常的论文作为底物。纸的主要成分是纤维素。众所周知,纤维素是正交从大约150 ~ 200°C,因此热解方法必须pyrolyze纤维素除了儿茶素。相比之下,纸纤维吸收水分时可能会变形。因此,对齐碳纳米管可能被异形纤维,所以认为洗涤方法也不适合我们的复合。改善复合纸的导电性,修改方法应作为下一步研究。

由于碳纳米管热导率高,未来的工作包括测量aligned-CNT-composite纸的导热系数来确定其热释放材料的适用性。因为aligned-CNT-composite纸具有各向异性导电性质,热释放的方向应该是可控的。此外,先进制造方法aligned-CNT-composite纸接下来会被研究作为严格意义上的兴趣。