Pri raziskavah in razvoju modificirane plastike, električnih baterij in posebnih premazov so ogljikove nanocevke resnično "industrijski dodatek" za izboljšanje učinkovitosti. Vendar številni inženirji ne uspejo že na samem začetku: dodajanje premajhnih količin nima učinka, dodajanje prevelikih količin ne le povzroči skokovite stroške, ampak povzroči tudi strjevanje prahu, kar povzroči napako pri obdelavi. Kakšna je ustrezna dodana količina ogljikovih nanocevk? To nikakor ni številka, določena z ugibanjem, ampak trden indikator, določen s pragom perkolacije znanosti o materialih in reologije. Slepo zlaganje materiala bo samo kontraproduktivno. Danes bomo uporabili resnične kvantitativne podatke za temeljito razčlenitev količine dodajanja v različnih scenarijih.
1. Osnovna logika: Zakaj več ogljikovih nanocevk ni vedno boljše?
Dodatna količina ogljikovih nanocevk mora preseči "prag perkolacije", da se oblikuje prevodna mreža, toda po prekoračitvi praga ima izboljšanje zmogljivosti vse manjše donose, viskoznost sistema pa se bo eksponentno povečala, kar bo močno poslabšalo predelovalnost.
Če želite ugotoviti, kakšna je ustrezna dodana količina ogljikovih nanocevk, morate najprej razumeti teorijo perkolacije. Ko je količina dodatka zelo majhna, so cevi izolirane v matrici in ne prevajajo elektrike. Ko dodana količina doseže kritično točko (prag perkolacije), se cevi takoj prekrivajo in tvorijo tri-dimenzionalno prodorno mrežo, prevodnost pa skoči za več velikosti. Vendar ko enkrat presežete to prevojno točko in nadaljujete z dodajanjem materiala, postane povečanje prevodnosti zelo postopno, vendar bo prepletenost, ki jo povzročijo nanodelci z visokim-razmerjem-visokega razmerja, povzročila skokovit porast viskoznosti sistema. Pri postopkih brizganja ali ekstrudiranja visoka dodana količina pomeni izjemno visok navor vijaka, zelo slabo pretočnost in močno krhkost.
| Razpon zneska dodatka | Stanje prevodnega omrežja | Makroskopska sprememba prevodnosti | Povečanje viskoznosti sistema | Obdelava in mehanski udarci |
|---|---|---|---|---|
| Pod pragom (<0.5%) | Izolirani otoki, nepovezani | Izolator (<10⁻⁸ S/m) | Zelo majhen | Odlična pretočnost, brez učinka ojačitve |
| Perkolacijsko območje (0,5-2%) | Takojšen prodor v omrežje | Eksponentni skok (10⁻4~10¹ S/m) | Povečanje za 50 %-100 % | Pretočnost začne upadati, anti{0}}raven statike |
| Overload Zone (>3%) | Redundanca in prekrivanje omrežja | Počasno naraščanje (obdobje platoja) | Surge of >300% | Izjemno težko obdelati, krhkost smole, koncentracija napetosti |
2. Scenarij prevodne plastike: Kako natančno postaviti anti{1}}statične in prevodne razrede?
V prevodni plastiki je dodana količina več{0}}stenskih ogljikovih nanocevk običajno med 1 %-5 %, medtem ko enostenske ogljikove nanocevke zahtevajo le 0,05 %–0,5 %. Prekomerno dodajanje bo močno poslabšalo udarno trdnost in površinski sijaj plastike.
Kar zadeva ustrezno dodano količino ogljikovih nanocevk, je modifikacija plastike najbolj značilen poligon. Različne ciljne upornosti določajo dodano količino. Da bi dosegli anti{2}}statično raven (10⁶-10⁹ Ω/sq), zadostuje 1–2 % MWCNT. Da bi dosegli raven elektromagnetne zaščite (<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.
| Ciljna raven uspešnosti | Površinska upornost | Priporočen dodatek MWCNT | Priporočen dodatek SWCNT | Vpliv na mehanske lastnosti |
|---|---|---|---|---|
| Anti{0}}statična stopnja | 10⁶ - 10⁹ Ω/sq | 1.0 - 2.0 mas. % | 0.05 - 0.2 mas. % | Rahlo, natezna trdnost se rahlo poveča |
| Prevodni razred | 10³ - 10⁶ Ω/sq | 2.0 - 3.5 mas. % | 0.2 - 0.5 mas. % | Srednja, moč udarca začne upadati |
| Stopnja elektromagnetne zaščite | < 10³ Ω/sq | 4.0 - 8.0 mas. % | 0.5 - 2.0 mas. % | Huda, material postane krhek, težko ga je obdelati |
Referenca podatkov: laboratorijski podatki Shandong Tanfeng New Material iz-iztiskanja z dvojnim polžem v matriki PC.
3. Prevodni dodatek za litijeve baterije: kje je mejna razlika med 0,02 % in 1 %?
V katodah litijevih baterij je dodana količina eno-ogljikovih nanocevk običajno 0,02 %-0,1 %, več-stenskih ogljikovih nanocevk pa 0,5 %–1,5 %. Prenizko ne more zgraditi prevodnega omrežja dolgega dosega, medtem ko bo previsoko izrinilo prostor za aktivni material in izjemno poslabšalo učinkovitost prevleke elektrod.
Ko se borimo z ustrezno dodano količino ogljikovih nanocevk na področju litijevih baterij, gre v bistvu za igro med "energijsko gostoto" in "elektronsko prevodnostjo". Ogljikove nanocevke same ne shranjujejo litija; dodajanje prevelike količine posredno zmanjša delež katodnega prahu (LFP/NCM), kar neposredno zmanjša kapaciteto baterije. Poleg tega bo visoka koncentracija CNT povzročila, da bo gnojevka razvila močno tiksotropijo, zaradi česar je prevleka elektrode zelo nagnjena k praskam ali razpokam zaradi sušenja.
| Sistem katodnega materiala | Prevodna formulacija dodatka | Vrsta CNT in količina dodatka | Zmanjšanje upornosti plošče elektrode | Viskoznost gošče/zmogljivost premaza |
|---|---|---|---|---|
| Litijev železov fosfat (LFP) | SP + MWCNT | MWCNT 0.8 - 1.2 mas. % | Znižanje 40%-50% | Zmeren, običajen premaz |
| Ternarni material (NCM811) | SP + MWCNT | MWCNT 0.5 - 0.8 mas. % | Znižanje 30%-40% | Dober, enostaven za mazanje |
| Visoka-niklja/silicija-ogljika | SP + SWCNT | SWCNT 0.02 - 0.1 mas. % | Znižanje 60%-80% | Nizka viskoznost, potrebno je nadzorovati geliranje |
4. Premazi in lepila: ekstremna vojna--vojne med viskoznostjo in prevodnostjo
V tekočih sistemih z nizko-viskoznostjo (kot so premazi-na osnovi vode, epoksidna lepila) dodajanje več kot 1,5 % ogljikovih nanocevk zelo zlahka povzroči geliranje in razpad. Zanašati se je treba na visoka razmerja stranic in pred-tehnologijo disperzije, da nadzorujemo količino dodatka v varnem območju 0,5 %–1,5 %.
Toleranca tekočih smolnih sistemov je precej nižja kot pri plastičnih. Brez močnega striženja ekstrudorja z dvojnim-polžem se visoki dodatki CNT v tekočinah z nizko-viskoznostjo zelo zlahka podvržejo sedimentaciji ali tvorijo mrežasti gel, zaradi česar se smola neposredno spremeni v »črno testo«, ki ga ni mogoče razpršiti. Kakšna je na tej točki ustrezna dodatna količina ogljikovih nanocevk? Odgovor je, da uporabite čim manj cevi z-visokim-razmerjem stranic. Na primer, le 0,1 % SWCNT lahko naredi epoksidno smolo prevodno, medtem ko je MWCNT morda treba dodati do 1 %, da dosežemo enak učinek, 1 % MWCNT pa je že podvojil viskoznost.
5. Preboj proizvajalca: Kako vam Shandong Tanfeng pomaga doseči boljšo učinkovitost z manj dodajanja?
Izbira izvornega proizvajalca, kot je Shandong Tanfeng, z visoko-razmerjem-prilagajanja in-tehnologijo izdelave paste lahko znatno zmanjša prag perkolacije kompozitnega materiala, s čimer doseže izredno visoko prevodnost in mehansko zmogljivost z zelo nizko količino dodatka, s čimer se popolnoma izogne tveganju poslabšanja obdelave.
Če ste vedno ujeti v to, da s premajhnim dodatkom nimate učinka in da ne morete predelati s preveč, je težava verjetno v sami surovini. Nezadostno razmerje stranic, prenizka čistost in nezmožnost razpršitve bodo povzročili, da bo dejanski prag pronicanja veliko višji od teoretične vrednosti, zaradi česar boste morali nenehno dodajati več materiala. Kot profesionalni proizvajalec CNT vam Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. s temeljno tehnologijo pomaga povečati količino dodatka do meje:
Prilagajanje ultra-visokega razmerja stranic: 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. Pri enaki dodani količini se verjetnost prekrivanja poveča za več kot 3-krat, kar omogoča, da se dodana količina MWCNT v baterijskem sistemu LFP zmanjša z 1,2 % na 0,6 %, medtem ko se še vedno ohranja izjemno nizek upor plošče elektrode.
Odštevanje ultra-visoke čistosti:Ostanki kovinskega katalizatorja so krivec, ki uniči prevodno omrežje in povzroči samo{0}}praznjenje baterije. Shandong Tanfeng uporablja poseben postopek čiščenja, s čimer doseže MWCNT čistost nad 99,9 %. Brez nečistoč, ki "zavzemajo prostor", je učinkovita dodana količina čistejša.
Pripravljen-za-uporabo paste rešitev:Za popolno odpravo "lažnega visokega dodatka", ki ga povzroča aglomeracija prahu, Shandong Tanfeng zagotavlja pred-dispergirane paste za NMP topila, sisteme-na osnovi vode in sisteme čistih smol. Velikost razpršenih delcev na -mikronski ravni (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.
Zaključek
Če se vrnem k osrednjemu vprašanju, kakšna je ustrezna dodatna količina ogljikovih nanocevk? Odgovor nikakor ni le 1 % ali 2 %, ampak natančna kritična vrednost, ki jo skupaj določajo razmerje stranic, polarnost matrice in metode obdelave. Ko presežete prag perkolacije, lahko prenehate; slepo dodajanje več materiala bo povzročilo samo viskoznost in krhkost. Če želite resnično doseči »količine v sledovih z visoko učinkovitostjo«, je optimalna rešitev za skok iz zagate »dodajanja količine brez dodajanja učinkovitosti« zanašanje na visoko-razmerje-visoke-čistosti in predhodno-razpršene paste, ki jih zagotavlja izvorni proizvajalec, kot je Shandong Tanfeng.