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告別分散性檢測難題:低場核磁技術精準評估碳納米管導電劑分散性

來源:蘇州紐邁分析儀器股份有限公司   2025年07月22日 11:44  

在新能源電池、導電復合材料、高性能涂層等尖-端科技領域,碳納米管(CNTs)憑借其卓-越的導電、導熱和力學性能,正扮演著越來越重要的角色。然而,一個普遍存在的挑戰(zhàn)是如何改善碳納米管的分散性。

碳納米管獨-特的管狀結(jié)構(gòu)賦予了其極-高的長徑比和比表面積,這導致它們在制備導電漿料或復合材料時極易發(fā)生團聚,形成難以分散的“纏繞球”。這種團聚現(xiàn)象嚴重制約了碳納米管性能的充分發(fā)揮,是阻礙其廣泛應用的關鍵瓶頸。因此,深入理解并有效改善碳納米管導電劑分散性,成為了材料科學領域亟待解決的重要課題。

圖片12.png

 

傳統(tǒng)檢測手段的困境:難以看清“真實”的分散狀態(tài)

要改善碳納米管導電劑分散性,首先需要準確評估當前的分散狀態(tài)。然而,傳統(tǒng)的檢測方法往往存在諸多局限性,難以提供全面、可靠的評估:

1、激光粒度儀:雖然能測量顆粒的尺寸分布,但其結(jié)果極易受到樣品粘度的影響,無法準確反映漿料中碳納米管的真實分散情況,更無法進行原位分析,即在制備或處理過程中實時監(jiān)測分散狀態(tài)的變化。

2、粘度法:通過測量漿料的粘度來間接推斷分散性。這種方法準確度較差,因為粘度不僅受分散狀態(tài)影響,還受溶劑、填料濃度等多種因素干擾,是一種間接且不夠精確的評估手段。

3、SEM/TEM(掃描/透射電子顯微鏡):能提供碳納米管形貌的微觀圖像,但存在視野小、代表性不足的問題。通過局部區(qū)域的觀察來推斷整體分散情況,難免以偏概全,無法全面把握漿料中碳納米管的分散均勻性。

這些傳統(tǒng)方法的局限性,使得科研人員難以精確掌握碳納米管導電劑分散性的真實狀況,從而在改善分散性的工藝優(yōu)化和配方調(diào)整上缺乏可靠的依據(jù)。


低場核磁技術:洞察分散性的“慧眼”

幸運的是,低場核磁共振(Low-Field NMR)技術為解決這一難題提供了全新的視角。它不僅能克服傳統(tǒng)方法的諸多弊端,還能從分子層面提供關于分散狀態(tài)的有價值信息。

低場核磁技術的原理聽起來有些“科幻”,但實際上非常巧妙。簡單來說,它就像是給磁場中的氫原子(通常是漿料中溶劑或分散介質(zhì)的氫原子)“撓癢癢”,然后靜靜地“聆聽”它們恢復平靜時發(fā)出的“信號”。具體過程是:在強大的磁場中,漿料中的氫原子(H質(zhì)子)會像小磁針一樣排列。儀器施加一個短暫的射頻脈沖,擾亂它們的排列,使其偏離平衡狀態(tài)。隨后,當射頻脈沖停止后,這些氫原子會逐漸恢復到原來的平衡狀態(tài),并在恢復過程中釋放出特定的電磁信號。儀器接收并分析這些信號。

顆粒表面束縛著的漿料中H質(zhì)子恢復非常快,而束縛介質(zhì)外圍的自由介質(zhì)中H質(zhì)子的恢復時間相較而言比較慢,儀器通過接收并分析這些信號,去對顆粒分散性做出判斷。

圖片10.png

 

T2越長,說明顆粒比表面積小,漿料中更多的是未束縛的H,分散性差;

T2越短,說明顆粒比表面積大,漿料中更多的是束縛的H,分散性好;


相比傳統(tǒng)方法,低場核磁技術在評估碳納米管導電劑分散性方面具有顯著優(yōu)勢:

快速:測試過程通常只需幾分鐘,大大提高了研發(fā)和生產(chǎn)的效率。

準確:基于分子層面的信號分析,結(jié)果更客觀、可靠。

無損檢測:不會對樣品造成任何損傷,可重復利用。

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