碳纳米管（P-MWCNTs）的等离子体表面处理工艺

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-10-19

碳纳米管（P-MWCNTs）是一种新型的纳米级的材料，它径向的尺寸是纳米级别的，长度也是微米级别的，成管状，所以它具有质量轻的优点。更重要的是它具有六边形的结构，这种独特的结构可以延伸出许多其他优异的电学、力学与化学性能。碳纳米管的管状结构可以是单层，也可以是多层的。可以按照层数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于这些独有的优良性能，碳纳米管的研究与应用也越来越成为材料学科的趋势，世界各地的学者们和厂商也都纷纷对其研究和应用进行深入的探讨，它的应用具有非常广阔和光明的前景。

目前，碳纳米管功能化处理常见的方法有混酸处理、微波法和等离子体刻蚀。通过改性，不仅可以提高碳纳米管在有机溶液中的分散性能，而且可以提高碳纳米管表面活性，促进其与其他复合物发生反应。常见的混酸处理方法采用具有强氧化性的酸，比如HNO3、H2SO4，通过在碳纳米管表面添加羟基、羧基等含氧官能团来达到改性的目的。但是这种方法产生的废液会对环境造成污染，用时较长，并且会对碳纳米管本身结构造成损伤。相对于传统的混酸处理方法，等离子处理技术不仅具有环保，节能和节约时间等优点，而且还可以选择不同的气氛，在碳纳米管表面添加不同种类的官能团，以达到改善性能的目的。

等离子体表面处理工艺简介

等离子体表面处理是利用低压气体辉光放电的干式处理新技术。能够改变表面结构，控制界面物性。等离子体表面处理与放射线处理、电子束处理、电晕处理等其他工艺相比，其独特之处在于等离子体表面处理的作用深度仅涉及表面极薄一层。因此能使界面物性显著改善而材料体相却不受影响。

碳纳米管的等离子体处理工艺

碳纳米管透射电镜分析
图1给出了原始碳纳米管及等离子体处理碳纳米管的透射电镜照片，图1A为原始MWCNTs的电镜照片，图1B为处理后的MWCNTs的透射电镜照片，由图可见，处理后的MWCNTs缠绕度降低，MWCNTs的分散型明显提高，能够看到单根的MWCNTs的存在，黑点减少，说明MWCNTs中的杂质也基本除去了。

图一碳纳米管TEM 图像（ A ）原始 MWCNT ；（ B ）等离子体处理 MWCNTs

在等离子体处理过程中，由于非晶碳具有不稳定结构，其反应活性高于具有石墨层片管壁结构的反应活性，非晶碳会以更快的速率被侵蚀，导致其从MWCNTs管束中剥离。夹杂在管束中的非晶碳被剥离以及弯曲的管被打断，使得由MWCNTs缠绕而成的管团的内部结合力削弱，管团解体、分散。且由于在处理过程中在碳管表面上接上了羰基、胺基等活性基团，这也使得碳管的分散性变好。

碳纳米管红外光谱分析
图2为原始及等离子体处理碳纳米管（P-MWCNTs）的红外光谱图。与原始碳纳米管红外光谱相比，从等离子处理碳纳米管的红外光谱中可以看出，在1118cm^-1处出现的吸收峰应该为C-N键的伸缩振动引起，在1581cm^-1处出现了酰胺的特征吸收带，在1640cm^-1处出现的吸收峰，分析认为是由羰基的吸收振动引起的，在3417cm^-1出现了N-H的伸缩振动吸收峰，这些均证实经过等离子体处理后，在碳纳米管表面引入了羰基，胺基等活性基团。

图二等离子体处理碳纳米管红外光谱图

经过等离子体处理后，碳纳米管（MWCNTs）表面的一些无定形碳颗粒及催化剂颗粒被刻蚀掉，起到了一定的清洁碳纳米管表面的目的。并且在MWCNTs表面上接上了羰基、胺基等不同的活性基团，提高了MWCNTs的分散性以及碳纳米管与环氧树脂基体之间的界面结合力。与酸化、胺化等表面化学改性处理方式相比，等离子体处理具有处理时间短，无污染，处理效果好等优点。