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Modificación funcional sobre la superficie de los nanotubos de carbono (cnts).

  • March 18,2019.
nanotubos de carbonson materiales nanotubulares unidimensionales hechos de plaquetas de grafeno multicapa de una sola capa. Tienen buenas propiedades de alta resistencia mecánica, buena estabilidad química, excelente conductividad eléctrica y protección electromagnética, por lo que son considerados como rellenos ideales para compuestos de alto rendimiento. sin embargo, su superficie carece de grupos activos, lo que resulta en una pobre dispersabilidad y un procesamiento difícil, lo que limita su aplicación práctica. por lo tanto, los investigadores mejoraron su solubilidad y dispersabilidad a través de la modificación de la superficie. al mismo tiempo, los materiales funcionales multifuncionales se preparan mediante la conexión química o física de los grupos funcionales deseados a la superficie de los nanotubos de carbono. en la actualidad, la modificación de la superficie de los nanotubos de carbono se ha convertido en un campo de investigación en caliente.

Modificación de la superficie de los nanotubos de carbono.

La modificación funcional de la superficie del nanotubo de carbono se divide principalmente en modificación orgánica, modificación mecánica y recubrimiento inorgánico.

1. modificación orgánica
La modificación orgánica y la modificación de los nanotubos de carbono incluyen principalmente la modificación covalente y la modificación no covalente.

(1) modificación covalente de la superficie de los nanotubos de carbono.

La modificación covalente de la superficie del nanotubo de carbono consiste en introducir nuevos enlaces covalentes en la pared del tubo con reacción química para optimizar el rendimiento de los cnts. Las reacciones principales incluyen reacción de oxidación, adición de radicales libres, reacción electroquímica y reacción termoquímica, etc. La reacción de oxidación es introducir un grupo carboxilo o hidroxilo de polaridad relativamente grande por medio de un método químico, causando así un grupo activo en la superficie de cnts, y luego introducir diferentes grupos funcionales con reacción de reticulación covalente.

un grupo de investigación de shainghai utilizó ácido mixto (h2so4: hno3 = 1: 3) y álcali fuerte (naoh) para tratar mwcnts, y el valor absoluto del potencial zeta de la solución de nanotubos de carbono se hizo más grande, lo que indica una mejor dispersabilidad y estabilidad, y mwcnts Tienen mayor solubilidad en agua.

después del tratamiento con ácido, el espectro infrarrojo tiene un pico de absorción de 1600 a 1700 cm-1, lo que indica la introducción del grupo c = o. se observó un pico de absorción débil a 1260 cm-1, que fue causado principalmente por la vibración de estiramiento del grupo c-o en el grupo carboxilo. a 3300 a 3500 cm-1, se encontró un pico de absorción de un grupo hidroxilo libre (-oh).

(2) modificación no covalente de cnts

La modificación no covalente de los nanotubos de carbono significa que no se introducen enlaces químicos covalentes en la superficie, sino mediante enlaces no covalentes. Esto incluye la adsorción física y el revestimiento de la superficie. Las interacciones no covalentes incluyen fuerza dispersiva, enlaces de hidrógeno, fuerza dipolo dipolo, apilamiento π-π e interacción hidrófoba. todos los átomos de carbono en cnts están hibridados en sp2 para formar electrones π altamente deslocalizados, que pueden modificarse con otros compuestos ricos en electrones π mediante el apilamiento de π-π.

La modificación no covalente no solo puede introducir polímeros en la superficie de cnts, sino también surfactantes para cambiar la actividad de la superficie. los tensioactivos comprenden dos partes, respectivamente, extremo oleófilo y extremo hidrófilo.

La ventaja de la modificación no covalente es que los cnts obtenidos están estructuralmente intactos y conservan sus propiedades originales.

2. modificación mecánica
La modificación mecánica se refiere al uso de una fuerza externa para la modificación superficial de cnts para optimizar su rendimiento. los métodos de modificación mecánica incluyen molienda, fricción, vibración, etc. El método físico anterior puede aumentar la energía interna de los nanotubos de carbono y reaccionar con algunas sustancias en ciertas condiciones externas, logrando así la modificación de la superficie.

Las ventajas de la modificación mecánica: simple, rápida y de bajo coste.
desventajas: es difícil de controlar durante el proceso de molienda, y la formación de defectos de la red es fácil de hacer que la longitud de los nanotubos de carbono sea demasiado corta y pierda sus propiedades originales.

3. recubrimiento inorgánico
Los métodos de recubrimiento inorgánico de los cts incluyen principalmente la síntesis de fase líquida in situ y el método de deposición en fase de vapor.

(1) síntesis en fase líquida in situ

La síntesis en fase líquida in situ se refiere a la formación de nuevas sustancias in situ en la superficie de los nanotubos de carbono en condiciones de fase líquida. Estas sustancias son principalmente óxidos de metales no ferrosos. Al utilizar el recubrimiento inorgánico en la superficie de los nanotubos de carbono, por un lado, el óxido metálico y los nanotubos de carbono pueden tener excelentes propiedades y, por otro lado, la energía de la superficie de los metales puede reducirse significativamente, reduciendo así la Grado de agregación. El método de cristalización se clasifica en la cristalización por calcinación y el método de cristalización hidrotérmica.

el método de cristalización por calcinación significa que el precursor de óxido metálico se convierte en un sol correspondiente en una solución acuosa, se adsorbe en la superficie de cnts y se calcina en un ambiente inerte, y la temperatura de calcinación debe exceder la temperatura de transición de fase del óxido metálico. La ventaja de este método es que el proceso es relativamente simple.

El método de cristalización hidrotérmica es un método relativamente común en la investigación de recubrimientos inorgánicos. La ventaja es que el tamaño de los materiales obtenidos es pequeño y uniforme. La desventaja es que el proceso de producción es complicado.

(2) método de deposición de vapor

la deposición de vapor se refiere a la introducción de dos o más materias primas gaseosas en un reactor, lo que hace que las materias primas colisionen entre sí y sufran una reacción química, preparando así un nuevo material y depositándolo en la superficie del sustrato.
Las ventajas de la deposición de vapor son que la velocidad de reacción es rápida y completa, y la deposición es uniforme. Se utiliza a menudo para preparar materiales de núcleo-shell. los investigadores utilizaron óxido de silicio gasificado para reaccionar con el monóxido de carbono para formar carburo de silicio β, y luego lo depositaron uniformemente sobre la superficie de los cnts. El recubrimiento era uniforme y completo.

hongwu nano ofrece una modificación personalizada de la superficie de los nanotubos de carbono basada en la rica experiencia y la tecnología de ventaja para mejorar la solubilidad y la dispersabilidad y lograr el mejor efecto en la práctica. Para más información o requerimiento, no dude en contactarnos ahora!

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