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碳纳米管的应用

碳纳米管应用

1.碳纳米管抗静电防腐涂料

纳米抗静电防腐涂料具有优越性价比,价格只有国外同类产品的二分之一,极具市场竟争力。本项目五大关键技术:

1 、采用的是以碳纳米管为导电功能体,来制备导静电性能优良的涂料。

2 、碳纳米管在环氧树脂中的分散技术

3 、纳米抗静电防腐涂料的优化配方

4 、纳米抗静电防腐涂料专用固化体系

5 、纳米抗静电防腐涂料的施工工艺。

两大创新:

1 、碳纳米管优良的导电性能和化学稳定性,使其制得的纳米抗静电金属防腐涂料,可以满足 GB6950-2001 国家标准所规定的各项技术指标。

2 、在固化体系中,既含有对环氧有良好固化性能的胺类化合物,又含有能与固化后产生的羟基反应的基团,较好的解决了对涂料既耐水,又耐油;既抗静电,又防腐;既耐磨,又耐冲击。

产品适应范围

各类储油罐、油管、采油设备、炼油设备

天然气设施设备、航空航天(机场)设施设备

电子设备、槽车、汽车

舰艇船舶、军用设备

地坪跑道、大型精密仪器厂房

本产品已在中石化巴陵分公司储油罐应用二年,检测性能十分优良。

纳米碳管为基体制成的静电喷漆级混料只需在塑料配方中添加约2%-3%的份量,塑料产品即可获得理想的导电性,并达到级表面质量。

日本三菱化学公司,将少量直径1nm50nm,长度数微米碳纳米管粒子分散到聚碳酸酯树脂中,制成聚碳酸酯纳米复合材料,其商品名称HypersiteW 10002000年推向市场。Hypersite W1000代表性牌号的物性如下:密度1.3g/cm3,拉伸强度60MPa,断裂伸长率80%,弯曲强度100MPa,弯曲模量2.5GPa, 悬臂梁缺口冲击强度150J/m,热变形温度158℃(0.45MPa)145℃(1.81MPa),体积电阻率103~1011Ω·cm,表面电阻率104~1012Ω。这种纳米复合材料具有优异的表面光洁度,物理机械性能,很少发生所谓的粒子脱落,是理想的高性能抗静电材料,应用于高性能抗静电材料等领域。

 

日本三井化学正在开发一种新的聚酰亚胺碳纳米复合材料以用于汽车发动机部件和半导体筛选机上。新材料命名为AurumCNT,适用了来自Hyperion Catalysis公司的多壁碳纳米管。三井化学称,与传统防静电材料相比,该新材料具有除尘特点,因而它适用于需要高清洁度的制造半导体加工机具或用于硬盘驱动的部件上。

 

大陆菲利普斯与美国西南纳米技术公司(SweNT)组建技术联盟,也加快了低成本碳纳米管的商业化步伐,应用于塑料掺混物是其目标市场之一。据估算,全球掺混塑料市场到2005年将达到50亿美元/年,单壁碳纳米管可使聚合物提高抗静电、静电分散和电磁屏蔽干扰能力,其掺混聚合物市场可达10亿美元/年。

 

LNP 公司则可供应高纯度静电消散材料——“ 超干净Stat- Kon”,即在PEEK PEI 材料中添加纳米碳管用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。它的离子污染据说比碳纤维材料要低65%90%

 

电子工业上,聚碳酸酯和聚醚酰亚胺(GEUltem)材质的计算机硬件,经由碳纳米管的增强,可以有更好的传导性,表面更加光滑。

 

2.碳纳米管作为电极材料的研究
 
 (1) 锂离子电池负极材料。CNTs的层间距为0.34nm,略大于石墨的层间距0.335nm,这有利于Li+离子的嵌入与迁出,它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两方面嵌入,又可防止因溶剂化Li+离子嵌入引起的石墨层剥离而造成负极材料的损坏。CNTs掺杂石墨时可提高石墨负极的导电性,消除极化。实验表明,用CNTs作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌Li+容量和稳定性。
   (2)
电双层电容极材料。电双层电也是一种能量存储装置。除容量较小(一般为二次镍镉电池的1%)外,电双层电容的其它综合性能比二次电池要好得多,如可大电流充放电,几乎没有充放电过电压,循环寿命可达上万次,工作温度范围宽等。电双层电容在声频一视频设备、调谐器、电话机和传真机等通讯设备及各种家用电器中得到了广泛应用。
    
作为电双层电容电极材料,要求材料结晶度高,导电性好,比表面积大,微孔大小集中在一定的范围内。而目前一般用多孔炭作电极材料,不但微孔分布宽(对存储能量有贡献的孔不到30),而且结晶度低,导电性差,导致容量小。没有合适的材料是限制电双层电容在更广阔范围内使用的一个重要原因。
     
碳纳米管比表面积大,结晶度高,导电性好,微孔大小可通过合成工艺加以控制,因而有可能成为一种理想的电极材料。美国Hyperion催化国际有限公司报道,以催化裂解法制备的碳纳米管(管外径约8nm)为电极材料,以38wt%H2SO4为电解液,可获得大于113F/g的电容量,比目前多孔炭电容量高出2倍多。我们以外径30nm的碳纳米管为电极材料,以PVDF为粘结剂,以1MN(C2H5)4BF4PC为电解液构成电双层电容,测得碳纳米管电极电容量为89F/g
     
目前以碳纳米管为电极材料的电双层电容,其重量比功率已超过8kw/kg,使其有可能作为电动汽车的启动电源使用。

3.碳纳米管作为催化剂载体
 
     纳米材料比表面积大,表面原子比率大(约占总原子数的50),使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电子效应和表面效应。如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍,担载催化剂后极大提高催化剂的活性和选择性。
      
碳纳米管作为纳米材料家族的新成员,其特殊的结构和表面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性,使其在加氢、脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。碳纳米管一旦在催化上获得应用,可望极大提高反应的活性和选择性,产生巨大的经济效益。

4.碳纳米管作为微波吸收剂
   
   由于特殊的结构和介电性质,碳纳米管(CNTs)表现出较强的宽带微波吸收性能,它同时还具有重量轻、导电性可调变、高温抗氧化性能强和稳定性好等特点,是一种有前途的理想微波吸收剂,有可能用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。应研究碳纳米管中引入量对其作为微波吸收剂性能的影响,为碳纳米管微波吸收剂的实际应用奠定基础。

5.碳纳米管储氢技术的应用

正如我们所知,氢气成本低且效率高,在能源日益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的今天,以氢燃料作为汽车燃料的呼声日益高涨。从90年代起,许多发达国家都制定了系统的氢能研究计划,其短期目标是氢燃料电池汽车的商业化。现在利用氢能的障碍是氢气的规模化存储和运输。碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管之间的类石墨层空隙,成为最有潜力的储氢材料,并是当前研究的热点。碳纳米管储氢的优越性将使碳纳米管燃料电池成为最具发展潜力的新型汽车动力源。

本发明涉及一种碳纳米管储氢及其包覆方法。包括储氢和包覆两个部分,先进行纯化、洗涤、干燥、剪切预处理,然后将包覆介质送入包覆罐,碳纳米管送入储氢罐进行碳纳米管储氢,储氢后的碳纳米管在气流带动下,经压力阀进入包覆罐进行储氢碳纳米管包覆,包覆结束后,打开放散阀,使包覆罐恢复常压,取出包覆后的储氢碳纳米管,即得干燥状态的包覆后的储氢碳纳米管。本发明实现了碳纳米管的高压储氢和常压输运的目的,可以对碳纳米管的储氢量进行比较精确的计算,从而达到双重验证的目的,适用于一切纳米、亚微米、微米材料的吸附与包覆,包覆后的储氢碳纳米管可以作为推进剂的有益补充能源用在固体火箭推进剂或火药中,也可用于能源电池中。

 

经过熔融共混或者原位聚合,填充3%-5%的碳纳米管粒子就完全能够改变塑料的热性能、力学性能、导电性能、阻隔性能和阻燃性能。通过对碳纳米管的表面进行化学处理,使之与聚合物有良好的相容性,从而能够更好地分散在基体树脂中。目前,将碳纳米管分散在聚合物内的技术主要在以下几个领域得到了商业化的应用:高强度的工程塑料、模具,特别是在汽车零部件系统领域;导电或者导静电塑料、涂料领域。目前已经有大规模的应用试验,特别是台湾地区,添加量在5%左右的导静电塑料,主要销往美国,仅仅是用于电脑主板的包装材料,碳纳米管抗静电塑料的用量就达到数百吨的规模。

 

   
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