纳米专用分散剂——纳米颗粒分散常用分散剂…

3D打印技术能够打印各种不同的材料，从金属、塑料到沙子甚至食品，所以，对于可能的3D打印材料的耗尽我们不必担心。具有多种工业和科学用途的新型生物材料纳米纤维素（NFC）是一种用于伤口护理的蛋白质，碳纳米管（CNTs）是纳米尺度上生成的碳管，在工业中应用安全。除了3D打印，这些材料有什么共同点？马里兰大学工程师（UMD）通过将CNT和NFC结合到3D打印强大的导电微纤维来回答了这个问题。

这为NFC创造了全新的用途，大大提高了CNT在可穿戴设备中的3D打印可行性。可扩展的3D打印木材NFC-CNT微纤维具有高机械强度和导电性，这些特性可以降低可穿戴电子设备（如电容器和电池）的制造成本和性能。

大学能源研究中心副教授Liangbing Hu对Nanowerk说：“将碳纳米管分散在水溶液中的常规方法包括碳纳米管表面共价修饰和有机表面活性剂。这导致机械强度低或导电性差。我们使用纳米纤维素颗粒作为碳纳米管的分散剂和复合纤维中的增强剂。”

吴先生和其小组在“小型方法”杂志上发表了题为“碳纳米管超细纤维网络的纤维素-纳米纤维的3D打印”的论文。该文章的作者还包括Yuanyuan Li、Hongli Zhu、Yibo Wang、Upamanyu Ray、Shuze Zhu、Jiaqi Dai、Chaoji Chen、Kun Fu、Soo-Hwan Jang、Doug Henderson和Teng Li.

根据文章摘要，“高导电性和机械强度的微纤维在能量存储、热管理和可穿戴电子产品中具有吸引力。在这里，通过快速且可扩展的3D打印方法开发出高导电性和强度的碳纳米管/纳米纤维素（CNT-NFC）复合微纤维。使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）氧化的NFC成功地将CNT分散在水溶液中，得到具有明显剪切稀化性质的混合溶液。全纤维微纤维内部的NFC和CNT纤维均匀排列，有助于改善这两种结构单元之间的相互作用和渗透，从而导致高机械强度（247±5MPa）和电导率（216.7 ±10 S cm -1）。应用分子建模来进一步了解CNT-NFC纤维对准在优异机械强度方面的作用。高导电性、机械强度和快速且可扩展的3D打印技术的结合将CNT-NFC复合超细纤维定位为可穿戴电子设备的有希望的材料选择。”

值得一提的是，该团队使用3D打印来实现基于水和乙醇之间的溶剂交换的一维纤维形成。研究人员使用纤维素纳米纤维将CNT分散在水中-这些通常不能分散在任何一种液体中。该团队还尝试使用NFC将碳纳米管分散在乙醇中，但没有起作用。

“使用NFC作为纳米管分散剂会易于扩大，并且通过化学修饰具有比CNT分散更多的优点。首先，可以从木材、棉花和小麦秸秆等廉价资源中提取NFC。它也是生物活性的，因为NFC是生物相容的，并且避免了有机溶剂。这使得分散适用于生命科学和。“论文第一作者Yuanyuan Li说。“其次，CNT的分散主要是基于CNT和NFC之间的抗衡离子的吸收、包裹和波动。因此，与通过化学改性的分散相比，保留了单个CNT的电子结构和电导率。此外，残留在分散体中的NFC是制造强度轻的CNT纳米复合材料的优良构件。将NFC分配的CNT溶液挤出到凝固乙醇中。然后，研究人员进行溶剂交换以获得稳定的凝胶纤维，然后在室温下在张力下将其去除并干燥。由于在挤出期间引入的剪切力和干燥期间施加的张力，构件可以沿着纤维长度的方向排列，导致高度一致的超细纤维。该过程在上图中示出。”

Hu说，“通过显著提高CNT微纤维的3D打印适应性和机械/电学性能，我们证明纳米纤维素是用于耐磨电子产品的高性能微纤维的极好的使用材料。”

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