中國(guó)粉體網(wǎng)訊  碳納米管表面缺陷少、缺乏活性基團(tuán)，在水及各種溶劑中的溶解度都很低；另外，碳納米管之間存在較強(qiáng)的范德華力，加之它巨大的比表面積和長(zhǎng)徑比，導(dǎo)致其極易形成團(tuán)聚或纏繞。要發(fā)揮碳納米管的優(yōu)異性能使其得到廣泛應(yīng)用，如何均勻穩(wěn)定地分散碳納米管是亟需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。當(dāng)前碳納米管分散方法主要有機(jī)械分散法、表面化學(xué)共價(jià)修飾分散法和表面活性劑的非共價(jià)修飾分散法等。

1、碳納米管的機(jī)械輔助分散

輔助碳納米管分散的機(jī)械方法主要有機(jī)械攪拌、研磨、球磨及超聲分散等。機(jī)械攪拌是最簡(jiǎn)單的方法，其主要借助分散溶劑的剪切應(yīng)力以初步打散碳納米管宏觀(guān)粉末，有研究者認(rèn)為其對(duì)于一維碳納米管的分散效果幾乎可以忽略不計(jì)。

若對(duì)碳納米管進(jìn)行球磨處理，可能不同程度地破壞其團(tuán)簇而促進(jìn)分散，但球磨會(huì)切斷碳納米管、降低其長(zhǎng)徑比，對(duì)物理機(jī)械性能有一定影響。對(duì)碳納米管機(jī)械性能不作特別要求時(shí)，球磨法不失為一種可行的分散方法。例如，有研究者曾利用球磨法將碳納米管分散后與鋁合金復(fù)合，所得復(fù)合材料的硬度與模量均較傳統(tǒng)的鋁合金增加了近2倍。

較機(jī)械攪拌與球磨而言，超聲分散為一種更高效的于溶液中原位分散碳納米管的方法。超聲波能夠使溶液中生成的微氣泡瞬間爆開(kāi)，產(chǎn)生高能量的沖擊以撞開(kāi)碳納米管團(tuán)簇，同時(shí)超聲波在溶液中的空化作用可以產(chǎn)生局部高溫而破壞碳納米管兩兩之間的范德華力，兩者聯(lián)合促進(jìn)了碳納米管在溶液中的良好分散。可以通過(guò)調(diào)節(jié)超聲振蕩的時(shí)間和功率來(lái)提高碳納米管的分散性。

2、碳納米管的表面化學(xué)改性

通常，碳納米管的表面化學(xué)改性主要為對(duì)其管壁上的破損或缺陷處進(jìn)行化學(xué)修飾。分散溶劑的極性不同，對(duì)碳納米管的表面修飾要求也不同：當(dāng)溶劑為強(qiáng)極性時(shí)，可以利用高濃度強(qiáng)酸氧化腐蝕碳納米管表面而共價(jià)引入羥基、羧基等強(qiáng)極性基團(tuán)，使碳納米管與溶劑因極性相似而相容，從而提高碳納米管在溶液中的分散程度；當(dāng)溶劑為弱(或非)極性時(shí)，則一般在碳納米管表面接枝弱(非)極性聚合物分子鏈，使之與溶劑具有良好的相容性，且利用分子鏈包覆而產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)抑制碳納米管團(tuán)聚，兩者聯(lián)合促進(jìn)碳納米管在溶液中的分散。

3、碳納米管的表面活性劑處理

與機(jī)械輔助分散、表面化學(xué)改性均可能破壞碳納米管結(jié)構(gòu)不同，表面活性劑處理為一種表面修飾碳納米管以促進(jìn)其在極性溶劑(或基體)中良好分散的無(wú)損物理方法，能夠有效地改善碳納米管的導(dǎo)電性、吸附性等，因此成為碳納米管改性研究的重點(diǎn)。

表面活性劑分子一般由親溶劑基團(tuán)與疏溶劑基團(tuán)兩部分組成(其中，親溶劑基團(tuán)與溶劑接觸、伸進(jìn)溶劑中，而疏溶劑基團(tuán)則被碳納米管吸附、包覆于碳納米管表面)；其通過(guò)靜電排斥、位阻效應(yīng)等使碳納米管穩(wěn)定分散于極性溶劑中。表面活性劑的用量通常存在一個(gè)最佳值，即當(dāng)其濃度增加至碳納米管表面剛好被完全包覆時(shí)，分散效率最高，而濃度較之更低或更高均會(huì)降低分散效果。

目前用于分散碳納米管的表面活性劑有：陽(yáng)離子型的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），陰離子型的十二烷基苯磺酸鈉（SD-BS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基磺酸鈉，非離子型的OP-10、曲拉通-100，大分子型的阿拉伯樹(shù)膠（AG）、環(huán)糊精、DNA。不同的表面活性劑以及不同的表面活性劑濃度對(duì)碳納米管分散有不同的影響，有許多研究人員對(duì)此做了相關(guān)的試驗(yàn)。

4、碳納米管分散效果的表征方法

很多研究人員在研究碳納米管分散的同時(shí)也嘗試運(yùn)用各種方法來(lái)評(píng)價(jià)碳納米管分散的效果。以下是各種方法的簡(jiǎn)介：

（1）應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)加入表面活性劑分散后，碳納米管的紅外特征曲線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)和表面活性劑相同位置的吸收峰，證明表面活性劑確實(shí)吸附到碳納米管表面。

（2）用紅外光譜來(lái)表征純化前后碳納米管表面官能團(tuán)的變化。而拉曼光譜被用來(lái)分析表面活性劑是否與碳納米管發(fā)生反應(yīng)。

（3）用離心的方法來(lái)表征碳納米管分散液，根據(jù)離心出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷碳納米管分散的均勻性和穩(wěn)定性，有研究者認(rèn)為分散效果差的碳納米管分散液中，成束狀的碳納米管數(shù)量多，在離心力的作用下，碳納米管束沉降，造成溶液分層。

（4）采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定碳納米管分散液的濃度，在碳納米管特征吸收波長(zhǎng)處，將制得的碳納米管分散液稀釋一定的倍數(shù)，測(cè)量稀釋液的吸光度，然后與標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)對(duì)比，從而做到快速檢測(cè)碳納米管在分散液中的濃度。

（5）通過(guò)測(cè)定分散前后碳納米管表面Zeta電位的變化來(lái)判斷分散液的穩(wěn)定性。由于靜電排斥力作用，碳納米管表面帶電量絕對(duì)值越大，其發(fā)生團(tuán)聚的可能性就越小，懸浮液就越穩(wěn)定。

結(jié)語(yǔ)

盡管有以上各種分散技術(shù)，但是碳納米管于溶液中的分散狀態(tài)仍難以達(dá)到人們期望的滿(mǎn)意程度，而且其分散改性研究大多集中于極性溶劑介質(zhì)中，對(duì)于在非極性溶劑中的分散方法(如表面化學(xué)改性、表面分散劑處理等)則鮮見(jiàn)報(bào)道。較分散技術(shù)而言，更大的難點(diǎn)在于如何使已分散開(kāi)的碳納米管穩(wěn)定存在，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不重新發(fā)生團(tuán)聚，為此則需要研究者開(kāi)拓出其它的新思路。

資料來(lái)源：

羅鋒等.碳納米管分散技術(shù)及其與聚合物、硫化鎘復(fù)合材料研究進(jìn)展.中國(guó)材料進(jìn)展

姚武.碳納米管分散性研究現(xiàn)狀.材料導(dǎo)報(bào)

史運(yùn)華等.碳納米管分散研究進(jìn)展.化學(xué)通報(bào)

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