碳納米管是由石墨烯卷曲而成的管狀一維納米材料,具有高純度、良好的分散性、穩定性以及優(yōu)異的導電性、力學(xué)性能等,碳納米管粉體是由碳納米管組成的粉末狀材料。
碳納米管粉體一般應用新能源領(lǐng)域:
在鋰離子電池中作為導電劑,能顯著(zhù)降低電池內阻、提高充放電倍率、增加電池容量和延長(cháng)循環(huán)壽命,也可用于光伏和風(fēng)力發(fā)電站的儲能電池、氫燃料電池等。
復合材料領(lǐng)域:可作為導電導熱耐磨填料用于塑料制品、橡膠制品行業(yè),如在汽車(chē)輪胎中取代現有炭黑材料,能極大提高輪胎的耐磨、減震和附著(zhù)性能;還可用于制造高強度碳纖維材料。同時(shí),由于其具有高導電、導熱率和高的熱輻射率,也是導電、散熱涂料的良好功能填料,可應用于隱形涂料和船舶防腐涂料等領(lǐng)域。
電子領(lǐng)域:可制成納米天線(xiàn),用于光電視等設備,提高電視信號的效率和圖像品質(zhì)。還可用于提高復合材料的導電性,在納米電子學(xué)領(lǐng)域有重要應用。
醫療領(lǐng)域及生物工程:可用于制造微型機器人,進(jìn)入血管疏通血栓;也可用于制造納米芯片、人體組織及器官等。
環(huán)境保護領(lǐng)域:可利用其特性發(fā)展新的保濕材料,提升土壤保水能力,提高綠化成功率與速度;還可用于生產(chǎn)疏水外墻涂料,使涂層外表不沾水、不積灰,節省高層建筑外墻清潔費用,降低高空作業(yè)風(fēng)險。
那艾儀器噴霧干燥機制備碳納米管粉體的案例:
一、在鋰電池中,硅基負極材料具有較高的理論比容量,但存在體積膨脹等問(wèn)題,而碳納米管具有優(yōu)異的導電性和力學(xué)性能,可與硅納米顆粒復合來(lái)改善性能。那艾離心噴霧干燥機能夠制備出粒度均勻、分散性良好的粉末材料,適合用于制備硅碳復合負極材料。 工藝細節:以 Si 納米顆粒、碳納米管分散液、蔗糖及 CMC 為原料,采用噴霧干燥法進(jìn)行制備。通過(guò)調整原料配比和噴霧干燥過(guò)程中的參數,如霧化條件、干燥溫度等,分析影響硅碳復合材料形貌的因素。 應用效果:制備出的多孔球形 Si/MWCNT@C 負極材料具有良好的性能,干燥后的多孔結構有利于電解液浸潤,有效提升離子擴散速率,從而增強了電池的倍率性能和循環(huán)穩定性。
二、為了獲得性能優(yōu)良的復合材料,需要對聚丙烯進(jìn)行改性。碳納米管具有高強度、高導電性等特性,粉末丁苯橡膠具有良好的彈性和韌性,將二者復合后用于改性聚丙烯,有望提高聚丙烯的綜合性能。 工藝細節:利用輻射交聯(lián)和噴霧干燥法,先制備全硫化交聯(lián)碳納米管(CNTs)/粉末丁苯橡膠(SBR)復合材料。將碳納米管和粉末丁苯橡膠在適當的溶劑中混合均勻,形成懸浮液,然后通過(guò)噴霧干燥過(guò)程,使溶劑迅速揮發(fā),得到碳納米管 / 粉末丁苯橡膠復合材料粉末。 應用效果:當 SBR、CNTs 和苯甲酸鈉(相對于純 PP 的質(zhì)量)用量分別為 15%、2%和 2%時(shí),改性后 PP 的沖擊韌性提高了 120%,拉伸強度提高了 6%,扯斷伸長(cháng)率提高了 55%,彎曲強度提高了 20%,顯著(zhù)改善了聚丙烯的性能。
三、在鋰離子電池干法電極制備過(guò)程中,導電添加劑的均勻分散是一個(gè)挑戰,而單壁碳納米管具有優(yōu)異的導電性,將其與正極材料 LiNi?.?Co?.?Mn?.?O?(NCM)復合,有望解決這一問(wèn)題,提高電池性能。 工藝細節:首先將 NCM 和單壁碳納米管在 NMP 溶液中進(jìn)行預分散,形成混合分散液。隨后,將該混合物使用噴霧干燥機在約 210℃的條件下干燥,形成單壁碳納米管 / NCM 復合材料(SW - SPD)。 應用效果:盡管與使用炭黑相比,SW - SPD 電極中的導電添加劑用量減少了 10 倍,但仍展現出優(yōu)異的電導率和電化學(xué)性能。在 2C 放電倍率下能保持 137.39mAh/g 的高比容量,在電極面容量高達 7mAh/cm2 的情況下,經(jīng)過(guò) 100 個(gè)循環(huán)后仍能保持 89.4%的容量,經(jīng)過(guò) 500 個(gè)循環(huán)后仍能保持 52.2%的容量,為干法電極制備過(guò)程中導電添加劑分散難題提供了創(chuàng )新解決方案。