简述 碳纳米管的团聚与分散

　　随着纳米技术的飞速发展，一种独特的一维纳米材料——碳纳米管因具有独特的结构和优越的电学、光学、化学和热力学性质而受到了人们越来越多的关注。目前，碳纳米管的制备方法已日臻完善，但制备出的碳纳米管之间存在比较强的范德华力、导致很容易缠绕在一起或者团聚成束，在实际应用过程中，团聚形态往往会破坏单根碳纳米管所表现出的优异力学、电学特性，限制了深入研究碳纳米管的性能与应用。因此，如何提高碳纳米管的分散性成为目前迫切需要解决的问题。

　　碳纳米管团聚的原因

　　纳米粉体的强团聚效应

　　材料达到纳米尺度以后会表现出很多纳米尺寸效应，以零维的微观颗粒来讲，当颗粒尺寸达到纳米尺度以后，其团聚效应显著增加，团聚体内颗粒的相互吸引力也显著增大，分散难度变大，表现出纳米尺度的强团聚效应。

　　2.纤维材料的纠缠粘结现象

　　由图可见，单根碳纳米管为纤维状一维纳米材料，长径比较大。因此碳纳米管容易纠缠粘结在一起，形成很大的团聚体。

　　纳米粉体的强团聚效应和纤维材料的纠缠粘结现象综合在一起，使得碳纳米管团聚体更加牢固，均匀分散更加困难。

　　碳纳米管的分散机理

　　根据碳纳米管团聚的原因分析，要想得到均匀分散的碳纳米管必须同时满足3个条件:破坏长纤维纠缠粘结状态、克服团聚体强吸附力、稳定碳纳米管分散状态。

　　1.破坏长纤维纠缠粘结状态

　　碳纳米管壁上有很多缺陷，通过物理或化学作用可以从缺陷处断开碳纳米管，把碳纳米管剪短，从而去除长纤维纠缠粘结状态。

　　2.克服团聚体的强吸附力

　　通过机械搅拌和研磨等方法，可以克服团聚体的强吸附力，使碳纳米管团聚体分散开。

　　3.稳定碳纳米管分散状态

　　选择合适的介质可以稳定碳纳米管分散状态。

　　碳纳米管的分散方法

　　碳纳米管分散方法有机械搅拌与研磨法、高能球磨法、超声波处理法、表面化学共价修饰分散法和表面活性剂的非共价修饰分散法。

　　机械搅拌与研磨只能使碳纳米管团聚体宏观地与基体粉体混合，对碳纳米管团聚体自身的分散无能为力；球磨可以碾断碳纳米管，分散碳纳米管团聚体，但也会使碳纳米管更加致密地粘结在一起，超声波处理同样有此特点；添加表面活性剂及酸碱洗涤的方法，可以使团聚体表面的絮状碳纳米管从团聚体上断开、分散，对于紧密缠结在一起的碳纳米管效果不显著。因此，根据3个分散的必要条件，以上几种分散方法都难以同时满足，所以分散效果都不是十分理想。

　　目前多种分散方法综合协同使用是常采用的碳纳米管分散工艺。如强酸氧化加超声波处理、超声波处理的同时添加表面活性剂、球磨的同时添加表面活性剂等。多种方法综合使用一方面提高了分散效率，另一方面一定程度上提高了分散的程度。但由于实验方法和技术的限制，目前为止，还未能实现碳纳米管的均匀稳定分散，阻碍了碳纳米管复合材料的应用，因此开展碳纳米管分散性研究具有重要意义。