U istraživanju i razvoju modificirane plastike, energetskih baterija i specijalnih premaza, ugljične nanocijevi su zaista "industrijski aditiv" za poboljšanje performansi. Međutim, mnogi inženjeri ne uspijevaju od samog početka: premalo dodavanja nema efekta, dodavanje previše ne samo da uzrokuje porast troškova, već i uzrokuje zgrušavanje praha, što dovodi do neuspjeha obrade. Koja je odgovarajuća količina za dodavanje ugljičnih nanocijevi? Ovo nikako nije broj koji se odlučuje nagađanjem, već čvrst pokazatelj određen pragom perkolacije nauke o materijalima i reologije. Slijepo slaganje materijala će biti samo kontraproduktivno. Danas ćemo koristiti stvarne kvantitativne podatke kako bismo temeljito razdvojili količinu dodatka u različitim scenarijima.
1. Osnovna logika: Zašto više ugljičnih nanocijevi nije uvijek bolje?
Dodatna količina ugljičnih nanocijevi mora premašiti "prag perkolacije" da bi se formirala provodljiva mreža, ali nakon prekoračenja praga, poboljšanje performansi ima sve manje povrate, a viskoznost sistema će se eksponencijalno povećati, ozbiljno pogoršavajući obradivost.
Da biste shvatili koja je odgovarajuća dodatna količina ugljičnih nanocijevi, prvo morate razumjeti teoriju perkolacije. Kada je količina dodatka vrlo mala, cijevi su izolirane u matrici i ne provode električnu energiju. Kada količina dodatka dostigne kritičnu tačku (prag perkolacije), cijevi se trenutno preklapaju i formiraju trodimenzionalnu penetrirajuću mrežu, a provodljivost skače za nekoliko redova veličine. Međutim, kada prijeđete ovu tačku savijanja i nastavite sa dodavanjem materijala, povećanje provodljivosti postaje vrlo postepeno, ali zaplitanje uzrokovano nanočesticama visokog -omjera-omjera će uzrokovati vrtoglavi porast viskoziteta sistema. U procesima brizganja ili ekstruzije, visoka količina dodavanja znači izuzetno veliki moment vijka, vrlo lošu tečnost i ozbiljno krhkost.
| Raspon iznosa dodavanja | Conductive Network State | Makroskopska promjena provodljivosti | Povećanje viskoznosti sistema | Obrada i mehanički udar |
|---|---|---|---|---|
| Ispod praga (<0.5%) | Izolovani otoci, nisu povezani | izolator (<10⁻⁸ S/m) | Veoma mali | Odlična tečnost, bez efekta pojačanja |
| Zona perkolacije (0,5-2%) | Trenutni prodor u mrežu | Eksponencijalni skok (10⁻⁴~10¹ S/m) | Povećanje od 50%-100% | Protočnost počinje da opada, anti-statički nivo |
| Overload Zone (>3%) | Mrežna redundantnost i preklapanje | Sporo povećanje (period platoa) | Surge of >300% | Izuzetno teško za obradu, krhkost smole, koncentracija naprezanja |
2. Scenario provodne plastike: Kako precizno pozicionirati anti-statičke i provodne ocjene?
U provodljivoj plastici, količina dodatka ugljeničnih nanocijevi sa više-stinskih stijenki je obično između 1%-5%, dok je za ugljenične nanocijevi sa jednim zidom potrebno samo 0,05%-0,5%. Prekomjerno dodavanje će ozbiljno pogoršati udarnu čvrstoću i površinski sjaj plastike.
Što se tiče odgovarajuće količine dodatka ugljičnih nanocijevi, plastična modifikacija je najtipičniji poligon za testiranje. Različiti ciljevi otpora određuju količinu dodavanja. Da bi se postigao anti- nivo (10⁶-10⁹ Ω/sq), dovoljno je 1-2% MWCNT. Za postizanje nivoa elektromagnetne zaštite (<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.
| Ciljani nivo performansi | Površinska otpornost | Preporučeni MWCNT dodatak | Preporučeni SWCNT dodatak | Uticaj na mehanička svojstva |
|---|---|---|---|---|
| Anti-Statička ocjena | 10⁶ - 10⁹ Ω/sq | 1.0 - 2.0 tež.% | 0.05 - 0.2 tež.% | Lagana, vlačna čvrstoća se blago povećava |
| Conductive Grade | 10³ - 10⁶ Ω/sq | 2.0 - 3.5 tež.% | 0.2 - 0.5 tež.% | Srednja, udarna snaga počinje da opada |
| Stepen elektromagnetne zaštite | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 tež.% | 0.5 - 2.0 tež.% | Teški, materijal postaje krhak, teško se obrađuje |
Referenca podataka: Shandong Tanfeng New Material Laboratory twin-podaci testa ekstruzije ekstruzijom sa dva vijka u PC matrici.
3. Konduktivni aditiv za litijumsku bateriju: Gdje je granična razlika između 0,02% i 1%?
Kod katoda za litijumske baterije, količina dodavanja ugljeničnih nanocevi sa jednom-stinom je obično 0,02%-0,1%, a više{7}}ugljičnih nanocevi sa više zidova je 0,5%-1,5%. Preniska ne može izgraditi vodljivu mrežu dugog dometa, dok će previsoka istisnuti prostor aktivnog materijala i izuzetno pogoršati performanse premaza elektrode.
Kada se borite sa odgovarajućom količinom ugljeničnih nanocevi u polju litijumske baterije, to je u suštini igra između "gustine energije" i "elektronske provodljivosti". Ugljične nanocijevi same po sebi ne pohranjuju litijum; dodavanje previše indirektno smanjuje udio katodnog praha (LFP/NCM), direktno snižavajući kapacitet baterije. Osim toga, visoka koncentracija CNT-a će uzrokovati da suspenzija razvije jaku tiksotropiju, čineći premaz elektrode vrlo sklonom ogrebotinama ili pukotinama od sušenja.
| Sistem katodnog materijala | Konduktivna formulacija aditiva | CNT vrsta i iznos dodavanja | Smanjenje otpornosti ploče elektrode | Viskoznost suspenzije/performanse premaza |
|---|---|---|---|---|
| Litijum gvožđe fosfat (LFP) | SP + MWCNTs | MWCNTs 0.8 - 1.2 wt% | Smanjenje od 40%-50% | Umjeren, konvencionalni premaz |
| Trostruki materijal (NCM811) | SP + MWCNTs | MWCNTs 0.5 - 0.8 wt% | Smanjenje od 30%-40% | Dobro, lako se širi |
| Visok-nikl/silicijum-ugljik | SP + SWCNTs | SWCNTs 0.02 - 0.1 wt% | Smanjenje od 60%-80% | Niska viskoznost, potrebna je kontrola geliranja |
4. Premazi i ljepila: Ekstremno povlačenje-rata-između viskoziteta i vodljivosti
U tečnim sistemima niske{0}}viskoznosti (kao što su premazi na bazi vode-, epoksidni adhezivi), dodavanje više od 1,5% ugljičnih nanocijevi vrlo lako uzrokuje geliranje i raspadanje. Neophodno je osloniti se na visoke omjere stranica i tehnologiju pre{4}}disperzije za kontrolu količine dodavanja unutar sigurnog raspona od 0,5%-1,5%.
Tolerancija sistema tečne smole je mnogo niža od one kod plastike. Bez snažnog smicanja ekstrudera s dva puža, visoki dodaci CNT-a u tečnostima niske{2}}viskoznosti vrlo lako podliježu sedimentaciji ili formiraju mrežasti gel, uzrokujući da se smola direktno pretvori u "crno tijesto" koje se ne može prskati. U ovom trenutku, koja je odgovarajuća dodatna količina ugljeničnih nanocevi? Odgovor je da koristite što manje cijevi sa visokim-omjerom{5}}omjera. Na primjer, samo 0,1% SWCNT-a može učiniti epoksidnu smolu provodljivom, dok će MWCNT-a možda trebati dodati do 1% da bi se postigao isti efekat, a 1% MWCNT-a je već udvostručio viskozitet.
5. Proboj proizvođača: kako vam Shandong Tanfeng pomaže da postignete bolje performanse s manje dodataka?
Odabir proizvođača izvora kao što je Shandong Tanfeng s tehnologijom visokog-prilagođavanja-omjera{1}}prilagođavanja i izrade paste-može značajno smanjiti prag perkolacije kompozitnog materijala, postižući izuzetno visoku provodljivost i mehaničke performanse uz vrlo nisku količinu dodavanja, u potpunosti izbjegavajući rizik od propadanja obrade.
Ako ste uvijek zarobljeni jer nemate efekta sa premalo dodatka i niste u mogućnosti da preradite s previše, problem vjerovatno leži u samoj sirovini. Nedovoljan omjer širine i visine, preniska čistoća i nemogućnost raspršivanja će uzrokovati da stvarni prag perkolacije bude mnogo veći od teorijske vrijednosti, što će vas prisiliti da neprestano dodajete više materijala. Kao profesionalni proizvođač CNT-a, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd., kroz osnovnu tehnologiju, pomaže vam da dostignete iznos dodavanja do granice:
Ultra-Prilagođavanje visokog omjera slike: 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. Pod istom količinom dodavanja, vjerovatnoća preklapanja je povećana za više od 3 puta, što omogućava da se količina dodavanja MWCNT u LFP baterijskom sistemu smanji sa 1,2% na 0,6% dok se i dalje održava ekstremno niska otpornost ploče elektrode.
Ultra{0}}Oduzimanje visoke čistoće:Ostaci metalnog katalizatora su krivac koji uništava provodnu mrežu i uzrokuje samopražnjenje{0}} baterije. Shandong Tanfeng koristi poseban proces prečišćavanja, postižući MWCNT čistoću od preko 99,9%. Bez nečistoća koje "zauzimaju prostor", efektivna količina dodatka je čistija.
Spremni-za-upotrebu rješenja za lijepljenje:Da bi se u potpunosti eliminirao "lažni visoki dodatak" uzrokovan aglomeracijom praha, Shandong Tanfeng obezbjeđuje unaprijed-dispergirane paste za NMP rastvarače, sisteme na bazi vode- i sisteme čiste smole. Veličina dispergovane čestice na nivou mikrona (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.
Zaključak
Da se vratimo na suštinsko pitanje, koja je odgovarajuća dodatna količina ugljeničnih nanocevi? Odgovor ni u kom slučaju nije samo 1% ili 2%, već precizna kritična vrijednost zajedno određena omjerom stranica, polaritetom matrice i metodama obrade. Možete zaustaviti kada se prijeđe prag perkolacije; slijepo dodavanje više materijala će se povratiti samo viskoznošću i krtošću. Da bi se zaista postigle "količine u tragovima sa visokom efikasnošću", oslanjanje na visok-omjer-omjera, visoku{6}}čistoću i unaprijed-raspršene paste koje obezbjeđuje izvorni proizvođač kao što je Shandong Tanfeng je optimalno rješenje za iskakanje iz blata "dodavanja efektivne količine."