কেন কার্বন ন্যানোটিউব বিচ্ছুরণ এত কঠিন?

নতুন শক্তির ব্যাটারি, পরিবাহী কম্পোজিট, উচ্চ-কার্যক্ষমতার আবরণ এবং আরও অনেক কিছুর ক্ষেত্রে, কার্বন ন্যানোটিউবগুলি তাদের চমৎকার বৈদ্যুতিক, তাপীয় এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের কারণে ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করছে৷ যাইহোক, একটি সমস্যা যা R&D প্রকৌশলী এবং প্রস্তুতকারক উভয়কেই জর্জরিত করে তা হল যে কার্বন ন্যানোটিউবগুলির অত্যন্ত দুর্বল বিচ্ছুরণযোগ্যতা রয়েছে এবং এটি "জটযুক্ত বল" গঠন করে যা তাদের কার্যক্ষমতার সম্পূর্ণ উপলব্ধিকে মারাত্মকভাবে সীমাবদ্ধ করে। এই নিবন্ধটি গভীরভাবে কার্বন ন্যানোটিউব বিচ্ছুরণে অসুবিধার অন্তর্নিহিত কারণগুলিকে বিশ্লেষণ করবে, CNT বিচ্ছুরণের উন্নতির জন্য মূলধারার পদ্ধতিগুলিকে নিয়মতান্ত্রিকভাবে রূপরেখা দেবে এবং আপনাকে নীতিগুলি থেকে অনুশীলনের জন্য একটি সম্পূর্ণ নির্দেশিকা প্রদান করার জন্য কাটিং-প্রান্তের পৃষ্ঠ পরিবর্তন প্রযুক্তিগুলিকে একত্রিত করবে৷ একই সময়ে, একজন পেশাদার কার্বন ন্যানোটিউব প্রস্তুতকারক হিসাবে, শানডং তানফেং নিউ মেটেরিয়ালের বিচ্ছুরণ প্রক্রিয়ায় অগ্রগতিগুলিও লক্ষণীয়।

1. কেন কার্বন ন্যানোটিউবগুলি ছড়িয়ে দেওয়া এত কঠিন? - তিনটি মূল কারণ

কার্বন ন্যানোটিউব বিচ্ছুরণে অসুবিধার সারাংশ তাদের ন্যানোস্কেল শারীরিক বৈশিষ্ট্য - শক্তিশালী ভ্যান ডার ওয়াল বাহিনী, অত্যন্ত উচ্চ আকৃতির অনুপাত এবং হাইড্রোফোবিক পৃষ্ঠের মধ্যে নিহিত। এই তিনটি কারণ 叠加 সমষ্টির দিকে একটি অপরিবর্তনীয় প্রবণতার দিকে পরিচালিত করে।

1. অত্যন্ত শক্তিশালী ভ্যান ডের ওয়াল বাহিনী

একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউবগুলির মধ্যে ভ্যান ডার ওয়ালস মিথস্ক্রিয়া ~500 eV/µm পর্যন্ত পৌঁছতে পারে, যা সাধারণ ন্যানো পার্টিকেলগুলির থেকে অনেক বেশি। π-π স্ট্যাকিং মিথস্ক্রিয়াগুলির সাথে মিলিত CNT-এর মসৃণ এবং অত্যন্ত সংযোজিত পৃষ্ঠ, আন্তঃ-টিউব বন্ধন বলকে আরও বাড়িয়ে তোলে, যার ফলে তারা শক্তভাবে বান্ডিল বা "জটযুক্ত বলের" মধ্যে একত্রিত হয়।

2. অতি-উচ্চ আকৃতির অনুপাত

কার্বন ন্যানোটিউবগুলির আকৃতির অনুপাত সাধারণত 1000 ছাড়িয়ে যায়, যার অর্থ হল অল্প সংখ্যক টিউব থাকা সত্ত্বেও, তারা একটি ত্রিমাত্রিক নেটওয়ার্ক গঠন গঠনের জন্য একে অপরের সাথে সহজেই আবদ্ধ হতে পারে। একবার আটকে গেলে, একা প্রচলিত নাড়ন ব্যবহার করে তাদের আলাদা করা খুব কঠিন।

3. সক্রিয় ফাংশনাল গ্রুপের অভাব সহ হাইড্রোফোবিক সারফেস

কার্বন ন্যানোটিউবের sp² কার্বন কঙ্কাল অত্যন্ত রাসায়নিকভাবে জড়, মেরু এবং অ{0}}পোলার দ্রাবক উভয় ক্ষেত্রেই দুর্বল আর্দ্রতা প্রদর্শন করে। পৃষ্ঠে রাসায়নিক বন্ধনের জন্য উপলব্ধ কার্যকরী গোষ্ঠীর অভাব রয়েছে, যার অর্থ CNT এবং ম্যাট্রিক্স পদার্থের (যেমন পলিমার বা দ্রাবক) মধ্যে কোন "অ্যাঙ্করিং পয়েন্ট" নেই, এটি স্থিতিশীল মিথস্ক্রিয়া গঠন করা কঠিন করে তোলে।

2. CNT ডিসপারসিবিলিটি উন্নত করার মূলধারার পদ্ধতি - তিনটি কৌশলের তুলনা

CNT ডিসপারসিবিলিটি উন্নত করার পদ্ধতিগুলিকে তিনটি কৌশলে ভাগ করা যেতে পারে: যান্ত্রিক বিচ্ছুরণ, সমযোজী পরিবর্তন, এবং অ{0}}সমযোজী পরিবর্তন। প্রতিটিরই সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে এবং অনুশীলনে, একাধিক কৌশলের সংমিশ্রণ সাধারণত নিযুক্ত করা হয়।

যান্ত্রিক বিচ্ছুরণ: সবচেয়ে সরাসরি শারীরিক পদ্ধতি

আল্ট্রাসোনিকেশন হল ল্যাবরেটরিতে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত পদ্ধতি, যা দ্রাবকগুলিতে ক্যাভিটেশন প্রভাব তৈরি করে যা "ব্লাস্ট" সমষ্টিকে আলাদা করে। বল মিলিং এবং তিনটি-রোল মিলিং উচ্চ-সান্দ্রতা স্লারির ব্যাচ প্রক্রিয়াকরণের জন্য উপযুক্ত। যাইহোক, শক্তি ইনপুট নিয়ন্ত্রণ করা গুরুত্বপূর্ণ, কারণ অত্যধিক যান্ত্রিক ক্রিয়া অপরিবর্তনীয়ভাবে সিএনটিগুলিকে ছোট করতে পারে এবং কাঠামোগত ত্রুটি বাড়াতে পারে।

সমযোজী পরিবর্তন: CNT-তে কার্যকরী গোষ্ঠীগুলিকে "গ্রাফটিং"

সমযোজী পরিবর্তন অক্সিজেন-, নাইট্রোজেন-, বা অ্যাসিল ক্লোরাইড-কে ধারণ করে CNT পৃষ্ঠে, এর পৃষ্ঠের মেরুতা পরিবর্তন করে এবং দ্রাবকের সাথে সম্পর্ক বাড়ায়। উদাহরণ স্বরূপ, ক্লোরিন ডাই অক্সাইড (ClO₂·) অক্সিডেশন হাইড্রোক্সিল, কার্বোনিল এবং কার্বক্সিল গ্রুপগুলিকে কক্ষ তাপমাত্রায় CNT পৃষ্ঠের উপর প্রবর্তন করতে পারে যখন নলাকার কাঠামোটি মূলত সংরক্ষণ করে। অক্সিডাইজড সিএনটি ফিল্মের প্রতিরোধ ক্ষমতা অক্সিডাইজড ফিল্মের তুলনায় প্রায় 3 গুণ বেশি (25 ডিগ্রি : 0.045 বনাম. 0.016 Ω·সেমি)। পরিবাহিতা বজায় রাখার সময় এই পদ্ধতিটি জলের বিচ্ছুরণযোগ্যতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করে।

নন-সমযোজী পরিবর্তন: "গ্রাফটিং" এর পরিবর্তে "র্যাপিং" ব্যবহার করা

নন-কোভ্যালেন্ট পরিবর্তন সারফ্যাক্ট্যান্ট বা পলিমার ব্যবহার করে কনজুগেটেড গঠনকে ধ্বংস না করেই CNT পৃষ্ঠে শারীরিকভাবে শোষণ করতে। গবেষণায় দেখা গেছে যে সোডিয়াম ডোডেসিলবেনজেনেসালফোনেট (SDBS) এবং cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) এর মতো সার্ফ্যাক্ট্যান্টের সাথে CNT-এর সমযোজীবিহীন কার্যকরীকরণের পরে, 2 g/L এর প্রাথমিক ঘনত্ব সহ একটি সাসপেনশন 240 ঘন্টা স্টোরেজের পরে স্থির হয়, চূড়ান্ত কনসেন্ট 481-481 সেন্টে। g/L, surfactant প্রকারের উপর নির্ভর করে সামান্য পরিবর্তিত হয়।

3. বিচ্ছুরণ ভাল কিনা তা কীভাবে নির্ধারণ করবেন? - সনাক্তকরণ এবং পরিমাণগত মূল্যায়ন

ঐতিহ্যগত সনাক্তকরণ পদ্ধতির প্রতিটিরই সীমাবদ্ধতা রয়েছে। নিম্ন-ক্ষেত্রের NMR প্রযুক্তি দ্রুত এবং অ{2}}নাশকভাবে আণবিক স্তরে কার্বন ন্যানোটিউবের বিচ্ছুরণ অবস্থার পরিমাণগতভাবে মূল্যায়ন করতে পারে।

বিচ্ছুরণের ফলাফলগুলি মূল্যায়ন করার জন্য, ঐতিহ্যগত পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে লেজারের কণার আকার বিশ্লেষণ (সহজে সান্দ্রতা দ্বারা প্রভাবিত), সান্দ্রতা পরিমাপ (দরিদ্র নির্ভুলতা), এবং SEM/TEM (দৃষ্টির ছোট ক্ষেত্র, দুর্বল প্রতিনিধিত্ব)। নিম্ন-ক্ষেত্র পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন (নিম্ন-ক্ষেত্র NMR) প্রযুক্তি একটি নতুন পদ্ধতির প্রস্তাব করে: স্লারিতে হাইড্রোজেন প্রোটনের (দ্রাবক অণু) শিথিলকরণ সময় (T2) সনাক্ত করে, কণাগুলির নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং বিচ্ছুরণ অবস্থা অনুমান করা যেতে পারে। একটি ছোট T2 একটি বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা এবং ভাল বিচ্ছুরণ নির্দেশ করে। এই পদ্ধতিটি দ্রুত (কয়েক মিনিট), অ-ধ্বংসাত্মক, এবং সঠিক।

4. Shandong Tanfeng নতুন উপাদান এর শিল্প অনুশীলন

Shandong Tanfeng নতুন উপাদান, তার স্ব-বিকশিত বিচ্ছুরণকারী এবং তৃতীয়-প্রজন্মের CVD সরঞ্জামের মাধ্যমে, CNT পাউডার এবং পরিবাহী পেস্টের বড়-উৎপাদন অর্জন করেছে, স্থিতিশীল পেস্টের বিচ্ছুরণ সময় 3 মাসের বেশি।

একজন পেশাদার কার্বন ন্যানোটিউব প্রস্তুতকারক হিসাবে, শানডং তানফেং নিউ মেটেরিয়াল বিচ্ছুরণ সমস্যার একটি শিল্প সমাধান প্রদান করে। এর কার্বন ন্যানোটিউব পরিবাহী পেস্ট (মডেল FB-121) একটি অনন্য বিচ্ছুরণ প্রক্রিয়া ব্যবহার করে যা কার্যকরভাবে CNT সমষ্টিকে খোলে এবং গ্রাহকদের জন্য ভাল প্রবাহযোগ্যতা এবং সহজে ব্যবহারে 3 মাসেরও বেশি সময় ধরে স্থিতিশীল বিচ্ছুরণ বজায় রাখে।

এছাড়াও, কোম্পানির মূল দল ঝেজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয়ের ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং স্কুল থেকে আসে। এটির স্ব-উন্নত তৃতীয়-প্রজন্মের অনুভূমিক CVD সরঞ্জাম প্রতিক্রিয়ার সময়কে 30-45 মিনিটে কমিয়ে দেয়, যার আউটপুট বিশুদ্ধতা 98%-এর বেশি। উৎপাদন শেষে, এর শেয়ারহোল্ডারের কাছে ইয়ানচেং, জিয়াংসুতে 5,000 টন ক্ষমতা সহ একটি অ্যাসিড-ওয়াশিং বিশুদ্ধকরণ রাসায়নিক বেস রয়েছে, যা CNT পরিশোধন এবং বিচ্ছুরণ সামঞ্জস্যের জন্য শিল্প চেইন সমর্থন প্রদান করে।

5. বিচ্ছুরণ হল CNT অ্যাপ্লিকেশনের জন্য "প্রথম বাধা"

কার্বন ন্যানোটিউব বিচ্ছুরণে অসুবিধা তাদের শারীরিক প্রকৃতির দ্বারা নির্ধারিত হয়, তবে যান্ত্রিক বিচ্ছুরণ এবং সমযোজী/অ{0}}সমযোজী পরিবর্তন কৌশলগুলির সমন্বয়ের মাধ্যমে, স্থিতিশীল বিচ্ছুরণ অবশ্যই অর্জন করা যেতে পারে। শিল্প পর্যায়ে, দেশীয় নির্মাতারা যেমন Shandong Tanfeng নতুন উপাদান ইতিমধ্যে পরিপক্ক পরিবাহী পেস্ট সমাধান প্রদান করেছে।

বিচ্ছুরণ অসুবিধার মূল কারণ: van der Waals forces (~500 eV/µm) + ultra-high aspect ratio (>1000) + হাইড্রোফোবিক জড় পৃষ্ঠ।

মূল উন্নতির পথ:যান্ত্রিক বিচ্ছুরণ (শারীরিক খোলা) + সমযোজী পরিবর্তন (ফাংশনাল গ্রুপ গ্রাফটিং, সখ্যতা বৃদ্ধি) + নন-সমযোজী পরিবর্তন (সারফ্যাক্ট্যান্ট শোষণ, কাঠামোগত অখণ্ডতা বজায় রাখা)।

পরিমাণগত সূচক রেফারেন্স:ক্লোরিন ডাই অক্সাইড অক্সিডেশনের পরে, প্রতিরোধ ক্ষমতা মাত্র 3 বার বৃদ্ধি পায়; সার্ফ্যাক্ট্যান্ট বিচ্ছুরণের পরে, সাসপেনশন 240 ঘন্টার জন্য স্থিতিশীল থাকে, যার ঘনত্ব 1.68-1.84 g/L এ বজায় থাকে।

শিল্প সমাধান:Shandong Tanfeng নতুন উপাদান কার্বন ন্যানোটিউব পরিবাহী পেস্ট প্রদান করে যার স্থিতিশীল বিচ্ছুরণ 3 মাসের বেশি, নতুন শক্তি, স্বয়ংচালিত, মহাকাশ এবং অন্যান্য ক্ষেত্রের জন্য উপযুক্ত।