二维材料用纳米纤维素分散剂的高效分散解决方案

2025/06/08  阅读:16 676KB

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二维材料是一类层间结合力较弱,而层内结合力强的材料,从微电子学到催化、传感、能源存储等领域都有着广泛的应用前景,现在越来越受到人们的关注。常见的二维材料有:石墨,氮化硼(BN),过渡金属二硫化物(MoS2,WS2),以及一些金属氧化物(MoO3,MnO2)。为充分发挥二维材料的性能,对其进行有效分散必不可少。备受青眯的分散方法是液体分散法,因为液体分散法可以用于二维纳米材料的大规模生产。在木材中分离出来的纳米纤维素(NFC)绿色无毒,直径在纳米范围,长度可在微米范围。因为纳米纤维素具有两亲性,它可被用作稳定剂和分散剂。  




图1 各种二维材料及结构


通常采用分散机和搅拌机来进行液体分散,但是存在稳定性差,分散性不好等问题。为了解决上述技术问题,我们提供了用TRILOS超高压纳米均质机,制备纳米纤维素分散剂的方法。  

 

一. TRILOS超高压纳米均质机介绍


TRILOS超高压纳米均质机采用高压喷射原理,能够在短时间内产生巨大的剪切力,碰撞力,气穴力,从而将大量能量集中作用于物料,使物料的成分以完全的均质的状态存在,能够大幅提升效率。

TRILOS超高压纳米均质机不堵不漏,采用10寸工业触控屏,可实时监控压力曲线图,最高压力可达4000bar。

  

图2 均质机原理图




图3 各型号的TRILOS超高压纳米均质机


二. 实验描述

将未干燥过的绝干针叶木浆与TEMPO,NaBr充分混合均匀,反应通过NaClO的加入引发,并在室温搅拌下发生反应。体系的pH值通过NaOH控制稳定在10.5,直至体系内剩余NaClO反应完全结束。反应后的浆料通过过滤洗涤干净,至pH呈中性。将得到的纤维配成 1%的浓度通过TRILOS超高压纳米均质机在25KPa压力下处理1遍,得到透明纳米纤维素分散剂(图4)并贮存于4℃冰箱。




图4 NFC分散剂


将BN粉或MoS2粉与一定量的NFC分散剂在水中混合,将混合液在槽式超声仪中超声实现分散。然后离心分离出上层清液。其中,图5a为用NFC分散剂来分散二维材料BN,图5b为用NFC分散剂来分散二维材料MoS2。由图5a可知,分散液静置10天后,未加NFC分散剂的溶液出现絮聚沉淀现象,加入NFC分散剂的BN分散液仍然非常稳定。同样由图5b可知,未加NFC分散剂的MoS2溶液静置1天以后便沉淀下来,而NFC辅助分散的MoS2分散液静置2个月以后仍非常稳定。




图5

总之,用TRILOS超高压纳米均质机制备的NFC分散剂来分散二维材料,分散方法简单,分散效率高,得到的分散液稳定性好且浓度高 (BN浓度为1.1mg/mL, MoS2的分散液浓度高达0.9mg/mL),分散得率高 (BN 的得率为22%)。并且随着NFC添加量增加,分散液的浓度增加,可进行材料的大批量分散。




上海人和科学仪器有限公司

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