中國粉體網訊 碳納米管表面缺陷少、缺乏活性基團，在水及各種溶劑中的溶解度都很低；另外，碳納米管之間存在較強的范德華力，加之它巨大的比表面積和長徑比，導致其極易形成團聚或纏繞。要發(fā)揮碳納米管的優(yōu)異性能使其得到廣泛應用，如何均勻穩(wěn)定地分散碳納米管是亟需解決的關鍵性問題。當前碳納米管分散方法主要有機械分散法、表面化學共價修飾分散法和表面活性劑的非共價修飾分散法等。
1、碳納米管的機械輔助分散
輔助碳納米管分散的機械方法主要有機械攪拌、研磨、球磨及超聲分散等。機械攪拌是最簡單的方法，其主要借助分散溶劑的剪切應力以初步打散碳納米管宏觀粉末，有研究者認為其對于一維碳納米管的分散效果幾乎可以忽略不計。
若對碳納米管進行球磨處理，可能不同程度地破壞其團簇而促進分散，但球磨會切斷碳納米管、降低其長徑比，對物理機械性能有一定影響。對碳納米管機械性能不作特別要求時，球磨法不失為一種可行的分散方法。例如，有研究者曾利用球磨法將碳納米管分散后與鋁合金復合，所得復合材料的硬度與模量均較傳統(tǒng)的鋁合金增加了近2倍。
較機械攪拌與球磨而言，超聲分散為一種更高效的于溶液中原位分散碳納米管的方法。超聲波能夠使溶液中生成的微氣泡瞬間爆開，產生高能量的沖擊以撞開碳納米管團簇，同時超聲波在溶液中的空化作用可以產生局部高溫而破壞碳納米管兩兩之間的范德華力，兩者聯(lián)合促進了碳納米管在溶液中的良好分散�？梢酝ㄟ^調節(jié)超聲振蕩的時間和功率來提高碳納米管的分散性。
2、碳納米管的表面化學改性
通常，碳納米管的表面化學改性主要為對其管壁上的破損或缺陷處進行化學修飾。分散溶劑的極性不同，對碳納米管的表面修飾要求也不同：當溶劑為強極性時，可以利用高濃度強酸氧化腐蝕碳納米管表面而共價引入羥基、羧基等強極性基團，使碳納米管與溶劑因極性相似而相容，從而提高碳納米管在溶液中的分散程度；當溶劑為弱(或非)極性時，則一般在碳納米管表面接枝弱(非)極性聚合物分子鏈，使之與溶劑具有良好的相容性，且利用分子鏈包覆而產生的空間位阻效應抑制碳納米管團聚，兩者聯(lián)合促進碳納米管在溶液中的分散。
3、碳納米管的表面活性劑處理
與機械輔助分散、表面化學改性均可能破壞碳納米管結構不同，表面活性劑處理為一種表面修飾碳納米管以促進其在極性溶劑(或基體)中良好分散的無損物理方法，能夠有效地改善碳納米管的導電性、吸附性等，因此成為碳納米管改性研究的重點。
表面活性劑分子一般由親溶劑基團與疏溶劑基團兩部分組成(其中，親溶劑基團與溶劑接觸、伸進溶劑中，而疏溶劑基團則被碳納米管吸附、包覆于碳納米管表面)；其通過靜電排斥、位阻效應等使碳納米管穩(wěn)定分散于極性溶劑中。表面活性劑的用量通常存在一個最佳值，即當其濃度增加至碳納米管表面剛好被完全包覆時，分散效率最高，而濃度較之更低或更高均會降低分散效果。
目前用于分散碳納米管的表面活性劑有：陽離子型的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），陰離子型的十二烷基苯磺酸鈉（SD-BS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基磺酸鈉，非離子型的OP-10、曲拉通-100，大分子型的阿拉伯樹膠（AG）、環(huán)糊精、DNA。不同的表面活性劑以及不同的表面活性劑濃度對碳納米管分散有不同的影響，有許多研究人員對此做了相關的試驗。
4、碳納米管分散效果的表征方法
很多研究人員在研究碳納米管分散的同時也嘗試運用各種方法來評價碳納米管分散的效果。以下是各種方法的簡介：
（1）應用傅里葉變換紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)加入表面活性劑分散后，碳納米管的紅外特征曲線會出現(xiàn)和表面活性劑相同位置的吸收峰，證明表面活性劑確實吸附到碳納米管表面。
（2）用紅外光譜來表征純化前后碳納米管表面官能團的變化。而拉曼光譜被用來分析表面活性劑是否與碳納米管發(fā)生反應。
（3）用離心的方法來表征碳納米管分散液，根據(jù)離心出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象的時間長短來判斷碳納米管分散的均勻性和穩(wěn)定性，有研究者認為分散效果差的碳納米管分散液中，成束狀的碳納米管數(shù)量多，在離心力的作用下，碳納米管束沉降，造成溶液分層。
（4）采用紫外-可見分光光度計測定碳納米管分散液的濃度，在碳納米管特征吸收波長處，將制得的碳納米管分散液稀釋一定的倍數(shù)，測量稀釋液的吸光度，然后與標準曲線對比，從而做到快速檢測碳納米管在分散液中的濃度。
（5）通過測定分散前后碳納米管表面Zeta電位的變化來判斷分散液的穩(wěn)定性。由于靜電排斥力作用，碳納米管表面帶電量絕對值越大，其發(fā)生團聚的可能性就越小，懸浮液就越穩(wěn)定。
結語
盡管有以上各種分散技術，但是碳納米管于溶液中的分散狀態(tài)仍難以達到人們期望的滿意程度，而且其分散改性研究大多集中于極性溶劑介質中，對于在非極性溶劑中的分散方法(如表面化學改性、表面分散劑處理等)則鮮見報道。較分散技術而言，更大的難點在于如何使已分散開的碳納米管穩(wěn)定存在，在較長時間內不重新發(fā)生團聚，為此則需要研究者開拓出其它的新思路。
資料來源：
羅鋒等.碳納米管分散技術及其與聚合物、硫化鎘復合材料研究進展.中國材料進展
姚武.碳納米管分散性研究現(xiàn)狀.材料導報
史運華等.碳納米管分散研究進展.化學通報
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
