Dyspersja nanorurek węglowych w matrycy PAN

• Autorzy: Frączek A. , Błażewicz S. , Boguń M. , Szparaga G.

Warianty tytułu

EN

Dispersion of carbon nanotubes in PAN-based composite matrix

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było badanie mechanizmu dyspersji/aglomeracji jednościennych nanorurek węglowych (SWNT) w roztworze poliakrylonitrylu jako prekursora włókien PAN. Nanorurki węglowe (CNT) mają tendencję do aglomeracji w różnych rodzajach roztworów z powodu ich dużego rozwinięcia powierzchni. Dyspersja CNT w roztworze PAN zależy do stężenia polimeru, rodzaju nanorurek, czasu oraz stosowanych metod dyspersji itd. W przedstawionej pracy analizowany był problem dyspersji/aglomeracji CNT w dwóch rodzajach roztworów: propanol oraz roztwór PAN w DMF. Nanorurki węglowe wprowadzane były do roztworów, a następnie poddawane procesowi homogenizacji z użyciem mieszadła ultradźwiękowego. Pomiar wielkości cząstek odpowiadający wielkości aglomeratów CNT w alkoholu oraz polimerze, analizowany był stosując urządzenie Zetasizer Nano ZS, Malvern Co. wykorzystujące metodę dynamicznego rozpraszania światła (DLS). Uzyskane wyniki wskazują, iż CNT w roztworze polimeru mają tendencję do wtórnej aglomeracji, podczas gdy w alkoholu w dużym stopniu podatne są na dyspersję. Włókna PAN bez dodatków oraz włókna modyfikowane CNT scharakteryzowane były za pomocą SEM. Efektywność wzmocnienia włókien poliakrylonitrylowych nanorurkami węglowymi, a także ich właściwości mechaniczne analizowane były przed i po optymalizacji procesu dyspersji.

EN

The purpose of this work was to study the mechanism of dispersion/agglomeration of single walled- carbon nanotubes (SWNT) in polyacrylonitrile solution as a precursor for PAN fibers. Carbon nanotubes (CNT), due to their high surface energy have a tendency to be aggregated in different types of solutions due to a great expansion of their surfaces. Dispersion of CNT in PAN-based solution depends on polymers concentration, types of carbon nanotubes, time of dispersion process, methods of disintegration, etc. In this work Propanol and PAN polymer dissolved in DMF were utilized to analyze dispersion/aggregation mechanism of CNT. Carbon nanotubes were introduced into solutions and then homogenized using ultrasonicator. Particles size corresponding to the size of CNT agglomerated in alcohol and polymer were analysed by Dynamic Light Scattering (DLS) method using Zetasizer Nano ZS, Malvern Co. The results obtained show that CNTs homogenized in polymer solution had tendency to secondary agglomeration, while in alcohol they were susceptible to dispersion. Pure PAN fibers without any additives and fibers containing CNTs were characterized by SEM. Reinforcement efficiency of carbon nanotubes in polyacrylonitrile fibers and their mechanical properties before and after optimization dispersion process were analyzed.

Słowa kluczowe

PL

dyspersja nanorurek węglowych; nanorurka węglowa; włókno kompozytowe

EN

dispersion of carbon nanotubes; carbon nanotube; composite fibers

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2007
• Tom: Nr 4
• Strony: 201--206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., 11 rys., 2 tabl.

Twórcy

autor

Frączek A.

autor

Błażewicz S.

autor

Boguń M.

autor

Szparaga G.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH, Kraków,

Bibliografia

• 1. Deborah D.L. Chung, Composite Materials: Science and Application, Springer 2003.
• 2. Kim Y.J., Lee H.J., Lee S.W., Cho B.W., Park C.R., Effects of sulfuric acid treatment on the microstructure and electrochemical performance of a polyacrylonitrile (PAN)-based carbon anode. Carbon, 2005, t. 43, s. 163.
• 3. Chae H.G., Sreekumer T.V., Uchida T., Kumar S., A comparison of reinforcement efficiency of various types of carbon nanotubes in polyacrylonitrile fibers. Polymer, 2005, t. 46, s. 10925.
• 4. Sreekumar T.V., Liu T., Min B.G., Guo H., Kumar S., Hauge R.H., Smalley R.E., Polyacrylonitrile Single-Walled Carbon Nanotubes Composite Fibers. Advanced Materials, 2004, s. 16.
• 5. Gojny F.J., Schulte K., Functionalisation effect on the thermomechanical behaviour of multi-wall carbon nanotube/epoxy-compo-sites. Composites Science and Technology, 2004, t. 64, s. 2303.
• 6. Theostenson E.T., Ren Z., Chow T.W., Advances in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: a review. Composites Science and Technology, 2001, t. 61, s. 1899.
• 7. Ruf fR.S., Qian W., Kam L., Mechanical properties of carbon nanotubes: theoretical predictions and experimental measurements. C.R. Physique, 2003, t. 4, s. 993.
• 8. Mamalis A.G., Vogtlander L.O.G., MorkopoulosA., Nanotechnology and nanostructured materials: trends in carbon nanotubes. Precision Engineering, 2004, t. 28, s. 16.
• 9. Roche S., Carbon nanotubes: exceptional mechanical and electronic properties. Ann. Chim. Sci. Mat., 2000, t. 25, s. 529.
• 10. Hassanien A., Tokumoto M., The electronic properties of suspended single wall carbon nanotubes. Carbon, 2004, t. 42, s. 2649.
• 11. Bianco A., Kostarelos K, Partidos C.D., Prato M., Biomedical applications of functionalised carbon nanotubes. Chemical Communication, 2004.
• 12. Bogunia-Kubik K., Sugisaka M., From molecular biology to nanotechnology and nanomedicine. BioSystems, 2002, t. 65, s. 123.
• 13. Harrison B.S., Atala A., Carbon nanotube applications for tissue engineering. Biomaterials, 2007, t. 28, s. 344.
• 14. Xiao-Lin Xie, Yiu-Wing Mai, Xing-Ping Zhou, Dispersion and alignment of carbon nanotubes in polymer matrix: A review. Materials Science and Engineering R 2005, t. 49, s. 89.
• 15. Chen S., Shen W., Wu G., Chen D., Jiang M., A new approach to the functionalization of single-walled carbon nanotubes with both alkyl and carboxyl groups. Chemical Physics Letter, 2005, t. 402, s. 312.
• 16. Tucknott R., Yaliraki S.N., Aggregation properties of carbon nanotubes at interfaces. Chemical Physics Letter, 2002, t. 281, s. 455.
• 17. Coopre C.A., Cohen S.R., Wagner H.D., Detachment of carbon nanotubes from a polymer matrix. Applied Physics Letters, 2002, t. 81, s. 3873.