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碳纳米管的粒子分析

碳纳米管应用

单壁碳纳米管 (SWCNT) 具有独特的机械和电子特性,因此引起了人们的极大兴趣。这些纳米管由卷起的单片碳原子组成,由于具有高纵横比和 C-C 键,因而它们具有独特的特性。图1显示了 SWCNT 的结构。单壁碳纳米管已通过多种技术进行表征,包括荧光光谱 (1-3) 和拉曼散射 (4)。要获得这些复杂材料的完整信息,需要采用多种技术。

 

图 1:来自卷起的碳片的单壁碳纳米管的图示

动态光散射 (DLS) 已成为表征悬浮纳米材料的首选技术,因为它速度快且能够轻松表征这些粒子。该技术测量由粒子运动引起的散射光强度的波动。然后将其转化为颗粒扩散系数,最后转化为颗粒尺寸。

材料和方法

Southwest Nanotechnologies SG65 纳米管在胆酸钠水溶液中的分散体被剧烈摇晃以打碎松散的聚集体。然后使用 SZ-100 进行测量,如图 2 所示,通过直角散射 (90°) 进行六次重复,每次两分钟。软件的降噪功能抑制了灰尘(大颗粒杂质)的影响。数据通过累积量技术进行分析。

 

图 2:SZ-100 纳米粒子分析仪

结果与讨论

获得的Z-平均尺寸值显示在下表1中。图 3 显示了使用 SZ-100 获得的代表性尺寸分布。请注意 Z 平均尺寸结果的出色重复性。此处,4.8 的标准偏差对应于 4.4% 的变异系数。

表 1:使用 SZ-100 对碳纳米管进行 DLS 测量

 

图 3:使用 SZ-100 获得的基于强度的碳纳米管尺寸分布

动态光散射数据通常用球体来解释。也就是说,结果对应于以与分析物颗粒相同的方式移动的球体的直径。然而,顾名思义,纳米管是长圆柱体。例如,所研究的纳米管的纵横比接近 1000。因此,DLS 的结果并不明确对应于管的单个维度(长度或直径),而是对应于组合值。尽管如此,由于其具有较快的测量速度, DLS 依然是表征这些纳米管尺寸的一种很好的技术。

可以估计碳纳米管的扩散系数。这是 Nair 等人 (5) 的关系:

其中:

  • k 是玻尔兹曼常数
  • T 是热力学温度
  • η 是粘度
  • L是气缸长度
  • d 是圆柱直径


我们可以将其与用于根据 DLS 确定的平移扩散系数确定粒度的 Stokes-Einstein 关系进行比较。

其中 D h是流体动力学直径。结果是DLS 根据管长 (L) 和管径 (d) 找到的 D h值由以下等式给出。

使用该材料的 L 和 d 值(纵横比 1000 和直径 0.7 到 0.9 nm (6)),计算出的流体动力学直径在 97 到 125 nm 之间,具体取决于管直径的选择值。此范围包括此处获得的 DLS 数据。因此,测量结果与预期一致。

结论

所述SZ-100V2纳米粒子分析仪可以被用于表征在分散碳纳米管的尺寸,该技术也可用于表征许多其他纳米材料。

参考文献

  1. “Fluorescence Spectra from Carbon Nanotubes with the Nanolog,”  http://www.horiba.com//static.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/Fluorescence/SWNT_Fluorescence_FL-1.pdf
  2. “Better Signal-to-Noise Ratios for Carbon Nanotube Spectra,”  http://www.horiba.com//static.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/
    Fluorescence/CNT_Signal-to-Noise_FL-4.pdf
  3. “Better Data on Carbon Nanotubes with the Nanolog,”  http://www.horiba.com//static.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/Fluorescence/FL-29_Increased_Sensitivity_for_Nanolog.pdf
  4. “Carbon Nanotubes- What Information Does Raman Bring?”  http://www.horiba.com//static.horiba.com/fileadmin/uploads/Scientific/Documents/Raman/Carbon03.pdf
  5. Nair, N., Kim, W., Braatz, R, and Strano, M. Langmuir 2008, 24, 1790-1795.
  6. “SweNT SG 65 Single Wall Carbon Nanotubes,“ http://www.swentnano.com/tech/docs/Final_SG_65_Data_Sheet.pdf

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