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碳纳米管/纳米碳材 分散剥离

2026-03-05   
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碳纳米管/纳米碳材 分散剥离

超高压微射流均质技术解决方案  

碳纳米管作为一维纳米材料,六边形结构连接完美,具有优异的力学、电学和化学性能。

根据结构的不同,碳纳米管一般可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管:

SWCNT-单壁碳纳米管:

由单层石墨烯构成,直径几纳米

MWCNT-多壁碳纳米管:

由多层石墨烯组成,直径可达几十纳米


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碳纳米管具有较强的机械性能、优异的电导性和热导性,广泛应用于能量存储(如锂离子电池的电极材料)、复合材料(增强聚合物、金属和陶瓷)、纳米电子学和纳米医药等领域。


然而,碳纳米管的高纵横比和相互间的范德华力作用,无法避免其缠绕从而形成管束体。有效的分散,可将液体介质中的管束分散成为独立的碳纳米管单元,是确保材料稳定性和满足应用需求的关键步骤。

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含缺陷碳纳米管


01


碳纳米管均质分散传统工艺:


a. 高剪切分散机

工作原理:利用高速旋转的转子与定子之间产生的强大剪切力,使碳纳米管在液体介质中实现初步解团聚与分散。

优势:设备成本相对较低,操作简单,维护方便,可处理一定粘度的浆料。

劣势:剪切力有限,难以彻底打开碳纳米管的强团聚;长时间运行易产生局部过热,可能影响浆料稳定性;分散后管径与长度分布的均匀性较差,对碳纳米管结构的完整性控制能力弱。

b. 球磨机

工作原理:通过研磨介质(如陶瓷球、不锈钢球)的碰撞和摩擦作用,破坏碳纳米管的团聚结构,同时起到分散效果。

优势:可批量处理大量原料,设备结构简单,运行成本低,对原料适应性较强。

劣势:研磨过程易引入金属或陶瓷杂质,能耗较高,效率偏低;剧烈的碰撞易造成碳纳米管管身断裂,难以精确控制分散后碳纳米管的长径比,对结构损伤较大。

c. 砂磨机

工作原理:利用研磨珠在密闭腔体内的高速运动产生剪切力和冲击力,实现碳纳米管的解团聚与分散。

优势:分散效率高于球磨机,可获得相对较窄的管径与长度分布(但通常是以缩短管长为代价),适合连续化生产。

劣势:研磨介质磨损会污染产品,设备维护频率较高;强剪切易导致碳纳米管发生断裂和表面缺陷,从而影响其电学、力学性能;分散后管长通常显著减短,原始长径比难以保持。

d. 超声波分散机

工作原理:利用超声波空化效应产生的局部高温高压及强冲击波,破坏碳纳米管间的范德华力,实现管间剥离与分散。

优势:在参数优化(如短时间、低功率、冰浴冷却)的条件下,可获得分散质量较高的碳纳米管浆料,对碳纳米管的结构损伤相对较小,适合实验室规模研究。

劣势:能耗高,处理量有限,不适合大规模生产;产热严重,若温度控制不当会影响浆料稳定性;长时间或高功率超声处理同样会导致碳纳米管严重断裂和引入缺陷。


在实际研发生产过程中,传统分散工艺常常会出现效率与质量难以兼顾、关键参数(如管径、长径比、分散度、缺陷度)控制精度不足、产业化放大困难、批次稳定性差等问题。


02


超高压微射流均质机工作原理:


超高压微射流均质机作为一种先进分散技术,在工艺和设备方面展现出独特优势。

其工作原理是利用超高压将碳纳米管浆料通过特制的微通道(如Y型、Z型、EC型交互腔),在瞬间产生高速剪切、空化、撞击等多重作用力,高效打破碳纳米管的强团聚,实现均匀分散。


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03


超高压微射流均质机突出优势:


诺泽碳纳米管处理效果


高效解团聚:微射流均质机通过超高压驱动,使碳纳米管悬浮液在微通道内产生超高剪切力、强烈空化效应和高频碰撞,能有效打破碳纳米管之间的范德华力,解离紧密的管束,实现单根或小束状分散,显著提升分散质量。

高浓度分散:可在较高浓度下实现碳纳米管的均匀分散,避免因浓度过高导致的再次团聚,有利于后续加工和应用。

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诺泽碳纳米管处理效果


无损分散:相比超声分散、球磨等传统方法,微射流均质过程对碳纳米管的结构和本征性能损伤较小,能较好地保留其优异的力学、电学和热学性能。

可规模化生产:微射流均质设备可实现连续化、大规模生产,满足工业化需求,且工艺参数可控,产品质量稳定。

适用范围广:适用于单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)的分散,对不同直径、长度和手性的碳纳米管均有较好的分散效果。


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诺泽碳纳米管处理效果


经试验验证,诺泽超高压均质机处理后的碳纳米管,有效解决了原有的团聚问题,其分散均匀度得到明显改观。


解锁碳纳米管的全场景应用,高效分散是必经之路。面对传统工艺的诸多局限,超高压微射流均质技术凭借高效解团聚、低结构损伤、易规模化的核心优势,成为碳纳米管分散的理想方案。


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诺泽流体深耕微射流技术领域,助力能源电子、新材料多行业领域材料性能升级。未来,微射流技术将持续推动碳纳米管产业化应用,让纳米材料的价值充分释放。


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