碳納米管（P-MWCNTs）的等離子體表面處理工藝

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2022-10-19

碳納米管（P-MWCNTs）是一種新型的納米級的材料，它徑向的尺寸是納米級別的，長度也是微米級別的，成管狀，所以它具有質量輕的優點。更重要的是它具有六邊形的結構，這種獨特的結構可以延伸出許多其他優異的電學、力學與化學性能。碳納米管的管狀結構可以是單層，也可以是多層的。可以按照層數分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。由于這些獨有的優良性能，碳納米管的研究與應用也越來越成為材料學科的趨勢，世界各地的學者們和廠商也都紛紛對其研究和應用進行深入的探討，它的應用具有非常廣闊和光明的前景。

目前，碳納米管功能化處理常見的方法有混酸處理、微波法和等離子體刻蝕。通過改性，不僅可以提高碳納米管在有機溶液中的分散性能，而且可以提高碳納米管表面活性，促進其與其他復合物發生反應。常見的混酸處理方法采用具有強氧化性的酸，比如HNO3、H2SO4，通過在碳納米管表面添加羥基、羧基等含氧官能團來達到改性的目的。但是這種方法產生的廢液會對環境造成污染，用時較長，并且會對碳納米管本身結構造成損傷。相對于傳統的混酸處理方法，等離子處理技術不僅具有環保，節能和節約時間等優點，而且還可以選擇不同的氣氛，在碳納米管表面添加不同種類的官能團，以達到改善性能的目的。

等離子體表面處理工藝簡介

等離子體表面處理是利用低壓氣體輝光放電的干式處理新技術。能夠改變表面結構，控制界面物性。等離子體表面處理與放射線處理、電子束處理、電暈處理等其他工藝相比，其獨特之處在于等離子體表面處理的作用深度僅涉及表面極薄一層。因此能使界面物性顯著改善而材料體相卻不受影響。

碳納米管的等離子體處理工藝

碳納米管透射電鏡分析
圖1給出了原始碳納米管及等離子體處理碳納米管的透射電鏡照片，圖1A為原始MWCNTs的電鏡照片，圖1B為處理后的MWCNTs的透射電鏡照片，由圖可見，處理后的MWCNTs纏繞度降低，MWCNTs的分散型明顯提高，能夠看到單根的MWCNTs的存在，黑點減少，說明MWCNTs中的雜質也基本除去了。

圖一碳納米管TEM 圖像（ A ）原始 MWCNT ；（ B ）等離子體處理 MWCNTs

在等離子體處理過程中，由于非晶碳具有不穩定結構，其反應活性高于具有石墨層片管壁結構的反應活性，非晶碳會以更快的速率被侵蝕，導致其從MWCNTs管束中剝離。夾雜在管束中的非晶碳被剝離以及彎曲的管被打斷，使得由MWCNTs纏繞而成的管團的內部結合力削弱，管團解體、分散。且由于在處理過程中在碳管表面上接上了羰基、胺基等活性基團，這也使得碳管的分散性變好。

碳納米管紅外光譜分析
圖2為原始及等離子體處理碳納米管（P-MWCNTs）的紅外光譜圖。與原始碳納米管紅外光譜相比，從等離子處理碳納米管的紅外光譜中可以看出，在1118cm^-1處出現的吸收峰應該為C-N鍵的伸縮振動引起，在1581cm^-1處出現了酰胺的特征吸收帶，在1640cm^-1處出現的吸收峰，分析認為是由羰基的吸收振動引起的，在3417cm^-1出現了N-H的伸縮振動吸收峰，這些均證實經過等離子體處理后，在碳納米管表面引入了羰基，胺基等活性基團。

圖二等離子體處理碳納米管紅外光譜圖

經過等離子體處理后，碳納米管（MWCNTs）表面的一些無定形碳顆粒及催化劑顆粒被刻蝕掉，起到了一定的清潔碳納米管表面的目的。并且在MWCNTs表面上接上了羰基、胺基等不同的活性基團，提高了MWCNTs的分散性以及碳納米管與環氧樹脂基體之間的界面結合力。與酸化、胺化等表面化學改性處理方式相比，等離子體處理具有處理時間短，無污染，處理效果好等優點。