Při výzkumu a vývoji modifikovaných plastů, napájecích baterií a speciálních povlaků jsou uhlíkové nanotrubice skutečně „průmyslovým aditivem“ pro zlepšení výkonu. Mnoho inženýrů však selhává hned od začátku: přidání příliš malého množství nemá žádný účinek, přílišné přidání nejen způsobí nárůst nákladů, ale také způsobí shlukování prášku, což vede k selhání zpracování. Jaké je vhodné přidané množství uhlíkových nanotrubic? V žádném případě se nejedná o číslo, o kterém se rozhodují odhady, ale o tvrdý ukazatel určený perkolačním prahem materiálové vědy a reologie. Slepé skládání materiálu bude pouze kontraproduktivní. Dnes použijeme skutečná kvantitativní data k důkladnému rozebrání přidaného množství v různých scénářích.
1. Základní logika: Proč není více uhlíkových nanotrubiček vždy lepší?
Přidané množství uhlíkových nanotrubiček musí překročit „perkolační práh“, aby se vytvořila vodivá síť, ale po překročení prahu má zlepšení výkonu klesající návratnost a viskozita systému exponenciálně vzroste, což výrazně zhorší zpracovatelnost.
Chcete-li zjistit, jaké je vhodné přidané množství uhlíkových nanotrubic, musíte nejprve pochopit teorii perkolace. Když je přídavné množství velmi nízké, trubičky jsou izolovány v matrici a nevedou elektřinu. Když množství přídavku dosáhne kritického bodu (práh perkolace), trubky se okamžitě překrývají a vytvoří trojrozměrnou pronikající síť a vodivost vyskočí o několik řádů. Jakmile však překročíte tento inflexní bod a budete pokračovat v přidávání materiálu, nárůst vodivosti bude velmi pozvolný, ale zapletení způsobené nanočásticemi s vysokým -poměrem-poměru stran způsobí raketový nárůst viskozity systému. V procesech vstřikování nebo vytlačování znamená vysoké množství přísady extrémně vysoký krouticí moment šroubu, velmi špatnou tekutost a silné křehnutí.
| Rozsah přidaných částek | Stav vodivé sítě | Makroskopická změna vodivosti | Zvýšení viskozity systému | Zpracování a mechanické působení |
|---|---|---|---|---|
| Pod prahem (<0.5%) | Izolované ostrovy, nespojené | Izolátor (<10⁻⁸ S/m) | Velmi malé | Výborná tekutost, žádný zpevňující efekt |
| Perkolační zóna (0,5–2 %) | Okamžitý průnik do sítě | Exponenciální skok (10⁻⁴~10¹ S/m) | Zvýšení o 50 %–100 % | Tekutost začíná klesat, anti{0}}statická úroveň |
| Overload Zone (>3%) | Redundance a překrývání sítě | Pomalý nárůst (období plató) | Surge of >300% | Extrémně obtížné opracování, křehnutí pryskyřice, koncentrace napětí |
2. Scénář vodivých plastů: Jak přesně umístit anti-statické a vodivé třídy?
U vodivých plastů je přídavek více{0}}uhlíkových nanotrubiček obvykle mezi 1 %- 5 %, zatímco jednostěnné uhlíkové nanotrubice vyžadují pouze 0,05 % až 0,5 %. Nadměrné přidávání výrazně zhorší rázovou houževnatost a povrchový lesk plastu.
Co se týče vhodného přídavku uhlíkových nanotrubiček, nejtypičtějším testovacím místem je plastová modifikace. Množství přísady určují různé cílové hodnoty měrného odporu. K dosažení anti-statické úrovně (10⁶-10⁹ Ω/sq) stačí 1-2 % MWCNT. Pro dosažení úrovně elektromagnetického stínění (<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.
| Cílová úroveň výkonu | Povrchový odpor | Doporučený přídavek MWCNT | Doporučený přídavek SWCNT | Vliv na mechanické vlastnosti |
|---|---|---|---|---|
| Anti-statická třída | 10⁶ - 10⁹ Ω/sq | 1.0 - 2.0 hm. % | 0.05 - 0.2 hm. % | Mírná pevnost v tahu se mírně zvyšuje |
| Vodivý stupeň | 10³ - 10⁶ Ω/sq | 2.0 - 3.5 hm. % | 0.2 - 0.5 hm. % | Střední, rázová pevnost začíná klesat |
| Stupeň elektromagnetického stínění | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 hm. % | 0.5 - 2.0 hm. % | Těžké, materiál se stává křehkým, obtížně zpracovatelný |
Odkaz na data: Shandong Tanfeng New Material laboratorní test vytlačování se dvěma-šneky v počítačové matrici.
3. Vodivé aditivum pro lithiové baterie: Kde je mezní rozdíl mezi 0,02 % a 1 %?
V lithiových bateriových katodách je přídavek jednostěnných uhlíkových nanotrubic obvykle 0,02 %-0,1 % a více{7}}stěnných uhlíkových nanotrubiček 0,5 % až 1,5 %. Příliš nízká nemůže vytvořit vodivou síť dlouhého dosahu, zatímco příliš vysoká vytlačí prostor aktivního materiálu a extrémně zhorší výkon povlaku elektrody.
Když se potýkáte s tím, jaké je vhodné přidané množství uhlíkových nanotrubic v poli lithiových baterií, jde v podstatě o hru mezi „hustotou energie“ a „elektronickou vodivostí“. Samotné uhlíkové nanotrubice lithium neuchovávají; příliš mnoho nepřímo snižuje podíl katodového prášku (LFP/NCM) a přímo snižuje kapacitu baterie. Kromě toho vysoká koncentrace CNT způsobí, že suspenze vyvine silnou tixotropii, díky čemuž je povlak elektrody velmi náchylný k poškrábání nebo prasklinám zaschnutím.
| Katodový materiálový systém | Formulace vodivé přísady | Typ CNT a částka přidání | Snížení odporu elektrodového listu | Viskozita suspenze/výkon povlaku |
|---|---|---|---|---|
| Lithium Iron Phosphate (LFP) | SP + MWCNT | MWCNT 0.8 - 1.2 hm. % | Snížení o 40 %–50 % | Střední, konvenční nátěr |
| Ternární materiál (NCM811) | SP + MWCNT | MWCNT 0.5 - 0.8 hm. % | Snížení o 30–40 % | Dobré, snadno se roztírá |
| Vysoký-nikl/křemík-uhlík | SP + SWCNT | SWCNT 0.02 - 0.1 hm. % | Snížení o 60%-80% | Nízká viskozita, potřebuje kontrolovat gelovatění |
4. Nátěry a lepidla: Extrémní tah--války mezi viskozitou a vodivostí
V kapalných systémech s nízkou -viskozitou (jako jsou nátěry na bázi vody-, epoxidová lepidla) přidání více než 1,5 % uhlíkových nanotrubiček velmi snadno způsobí gelovatění a sešrotování. Je nutné se spolehnout na vysoké poměry stran a pre-disperzní technologii, aby bylo možné regulovat množství přísady v bezpečném rozsahu 0,5 % až 1,5 %.
Tolerance tekutých pryskyřičných systémů je mnohem nižší než u plastů. Bez silného smyku dvou-šnekového extruderu může vysoký přídavek CNT v kapalinách s nízkou-viskózou velmi snadno podléhat sedimentaci nebo vytvořit síťový gel, což způsobí, že se pryskyřice přímo změní na „černé těsto“, které nelze nastříkat. Jaké je v tomto okamžiku vhodné přidané množství uhlíkových nanotrubic? Odpovědí je použít co nejméně trubic s vysokým-poměrem{5}}poměru stran. Například pouze 0,1 % SWCNT může učinit epoxidovou pryskyřici vodivou, zatímco MWCNT může vyžadovat přidání až 1 % k dosažení stejného účinku a 1 % MWCNT již zdvojnásobilo viskozitu.
5. Průlom výrobce: Jak vám Shandong Tanfeng pomáhá dosáhnout lepšího výkonu s menším množstvím přídavků?
Výběr výrobce zdroje, jako je Shandong Tanfeng, s vysokým -poměrem stran- přizpůsobením a technologií výroby pasty-, může výrazně snížit práh perkolace kompozitního materiálu, dosáhnout extrémně vysoké vodivosti a mechanického výkonu s velmi malým množstvím přísady, čímž se zcela zabrání riziku zhoršení kvality zpracování.
Pokud jste vždy v pasti tím, že nemáte žádný účinek s příliš malým množstvím přísad a nejste schopni zpracovat příliš mnoho, problém pravděpodobně spočívá v samotné surovině. Nedostatečný poměr stran, příliš nízká čistota a neschopnost rozptýlení způsobí, že skutečný práh perkolace bude mnohem vyšší než teoretická hodnota, což vás nutí neustále přidávat další materiál. Jako profesionální výrobce CNT vám společnost Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. prostřednictvím základní technologie pomáhá stlačit přidané množství na limit:
Ultra{0}}přizpůsobení s vysokým poměrem stran: 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. Při stejném množství přídavku se pravděpodobnost překrytí zvýší více než 3krát, což umožňuje snížit množství přídavku MWCNT v bateriovém systému LFP z 1,2 % na 0,6 % při zachování extrémně nízkého plošného odporu elektrody.
Ultra-odčítání vysoké čistoty:Zbytky kovového katalyzátoru jsou viníkem, který ničí vodivou síť a způsobuje samovolné vybíjení baterie-. Shandong Tanfeng používá speciální proces čištění, který dosahuje čistoty MWCNT přes 99,9 %. Bez nečistot "zabírajících prostor" je účinné přidané množství čistší.
Připraveno-k-použití Vložit řešení:K úplnému odstranění „falešného vysokého přídavku“ způsobeného aglomerací prášku poskytuje Shandong Tanfeng předem-dispergované pasty pro NMP systémy na bázi rozpouštědel, vody-a čisté pryskyřice. Velikost rozptýlených částic na úrovni mikronů (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.
Závěr
Vrátíme-li se k základní otázce, jaké je vhodné přidané množství uhlíkových nanotrubic? Odpověď není v žádném případě jednoduše 1 % nebo 2 %, ale přesná kritická hodnota společně určená poměrem stran, polaritou matrice a metodami zpracování. Jakmile překročíte práh perkolace, můžete zastavit; slepé přidávání dalšího materiálu bude mít negativní dopad pouze na viskozitu a křehkost. Chcete-li skutečně dosáhnout „stopových množství s vysokou účinností“, spoléhat se na vysoký-poměr-stran, vysokou-čistotu a předem-dispergované pastové produkty od výrobce zdrojů, jako je Shandong Tanfeng, je optimálním řešením, jak vyskočit z bažiny „přidávání množství bez zvýšení účinnosti“.