采用TX-10 表面活性剂作为分散剂,并用超声波振荡方法对碳纳米管(CNTs)进行了分散处理。利用透射电镜(TEM)观察了超声波振荡时间对碳纳米管分散状态的影响,并评价了碳纳米管的损伤。此外,通过静置悬浊液观察沉淀的方法,研究了该体系的稳定性。结果表明,CNTs 的直径越小其抗弯截面系数也越小,在超声波侧向冲击的作用下产生的弯曲正应力越大,超声波振荡造成的损伤也越严重,*终导致较细纳米碳管在剪切的作用下长度急剧下降,这也是影响CNTs 分散性及其悬浊液稳定性的重要原因。

本研究利用质量分数为1 .5% 表面活性剂TX-10 的水溶液作为分散剂,对直径8 ～ 15 nm 、20 ～ 30nm 和30 ～ 50 nm 的CNTs 进行了超声波分散。把分散过程中超声波对CNTs 的损伤作为本研究的重点进行了深入的研究和讨论。此外,从CNTs 损伤的角度揭示了不同形态的CNTs 对其分散性和分散后悬浊液的稳定性的影响机制。研究结果表明:

(1) 超声波振荡可以造成CNTs 损伤,特别是直径为30 nm 以下CNTs 的损伤情况极其严重:在振荡8 h 的条件下,直径为8 ～ 15 nm 的CNTs 损伤非常严重,管壁发生了极度的扭曲现象,CNTs 的长度减小到0 .1 μm 。

(2 ) 由于CNTs 的横截面抗弯截面系数和CNTs 直径的立方成正比,因此在相同强度侧向冲击力的作用下,CNTs 的直径越小,CNTs 管壁产生的弯曲正应力越大;这是导致较小直径CNTs 容易受到扭转损伤的重要原因

(3) CNTs 直径越小,超声波作用下CNTs 的损伤越严重、长径比下降越多,导致越容易分散,稳定性越好:8 ～ 15 nm 的CNTs 超声振荡6 h 可以分散完全,20 ～ 30 nm 的CNTs 超声振荡6 h 可以达到*佳分散状态,30 ～ 50 nm 的CNTs 需要8 h ;超声波振荡8 h 后,8 ～ 15 nm 的CNTs 的悬浊液能保存30 d ,20 ～ 30 nm 的CNTs 的悬浊液能保存10 d ,而30 ～ 50 nm 的CNTs 悬浊液只能保存6 d 。