王延青1a，1b ，高彩琴1a ，张朝阳2，3 ，倪宇翔4 ，黄 鑫2
1. 四川大学 a. 高分子科学与工程学院， b. 高分子材料工程国家重点实验室，四川 成都 610065；
2. 中国工程物理研究院 化工材料研究所，四川 绵阳 621999；3. 北京计算科学研究中心，北京 100048；
4. 西南交通大学 物理科学与技术学院，四川 成都 611756
王延青，高彩琴，张朝阳，等. 碳纳米管粉体的液相分散方法和机制［J］. 中国粉体技术，2025，31（1）：1-13.
WANG Yanqing， GAO Caiqin， ZHANG Chaoyang， et al. Methods and mechanisms of solution dispersion of carbon nanotube powders［J］. China Powder Science and Technology，2025，31（1）：1−13.
DOI：10.13732/j.issn.1008-5548.2025.01.015
收稿日期：2024-06-26，修回日期：2024-08-15，上线日期：2024-10-09。
基金项目：国家自然科学基金项目，编号 ：U2330208。
第一作者简介：王延青（1984—），男，研究员，博士，博士生导师，四川省“海外高层次人才引进计划”特聘专家，研究方向为纳米碳材料。E-mail：yanqingwang@scu. edu. cn。
通信作者简介：张朝阳（1971—），男，研究员，博士，博士生导师，研究方向为含能材料。E-mail：chaoyangzhang@caep. cn。
倪宇翔（1984—），男，教授，博士，博士生导师，研究方向为声子热传导基础理论。E-mail：yuxiang. ni@swjtu. edu. cn。
摘要：【目的】 为了使碳纳米管（carbon nanotubes， CNTs）的性能发挥最大化，在各种基体中实现分散，需要克服CNTs管束的聚集，梳理CNTs液相分散方法和机制。【研究现状】综述碳纳米管的分散方法、分散机制和分散效果的测试方法；已经开发和优化了多种物理、化学和机械分散技术，但是目前仍面临分散效率低和分散稳定性差的问题。【结论与展望】未来的研究方向应聚焦于开发新型环保高效的分散剂，优化现有分散技术，深入探索 CNTs的分散机制，利用分散良好的CNTs开发多功能复合材料；同时建立标准化的分散度测试方法。
Objective To maximize the performance potential of carbon nanotubes（CNTs）， it is crucial to overcome the inherent tendency of CNTs to form aggregates and achieve effective dispersion within various matrices.
Progress This paper reviews the methods， mechanisms， and evaluation techniques related to the dispersion of CNTs. Physical dispersion methods typically involve ultrasonication， high-shear mixing， and ball milling， using mechanical forces to break up CNT aggregates. Ultrasonication， for instance， uses high-frequency sound waves to generate cavitation bubbles in a liquid medium. The collapse of the bubbles produces intense localized forces capable of disentangling CNT bundles. High-shear mixing and ball milling similarly apply mechanical forces to achieve dispersion， but differ in their effectiveness and potential damages to the CNT structure. Chemical dispersion methods generally rely on CNT functionalization to enhance their solubility and compatibility with different solvents and matrices. This can be achieved through covalent functionalization， where chemical groups are directly attached to the CNT surface， or non-covalent functionalization， which involves the adsorption of surfactants，polymers， or biomolecules onto the CNT surface. Covalent functionalization， while effective in improving dispersion， may also alter the intrinsic properties of CNTs. Non-covalent functionalization， in contrast， preserves the CNT structure but may offer less stable dispersion depending on the interactions involved. Evaluating CNT dispersion involves various characterization techniques， including electron microscopy （TEM， SEM）， spectroscopy （Raman， UV-Vis）， and scattering methods （DLS，SAXS）. Transmission electron microscopy （TEM） and scanning electron microscopy （SEM） provide direct visualization of CNT dispersion at the nanoscale. Spectroscopic methods such as Raman and ultraviolet-visible （UV-Vis） spectroscopy offer insights into the structural integrity and functionalization status of CNTs. Dynamic light scattering （DLS） and small-angle X-ray scattering （SAXS） are used to assess the size distribution and dispersion state of CNTs in a given medium.
Conclusions and Prospects Despite the development and optimization of physical， chemical， and mechanical dispersion techniques， challenges such as low dispersion efficiency and poor dispersion stability still remain. The interplay between dispersion techniques and the resulting properties of CNT-based materials underscores the need for continued innovation and optimization in this field. Future research could focus on several key areas to address these issues. One promising direction is the development of novel， environmentally friendly， and highly efficient dispersants. Further enhancement of current dispersion technologies and a deeper understanding of CNT dispersion mechanisms are also critical. Moreover， the utilization of well-dispersed CNTs to develop multifunctional composite materials holds significant potential. This progress can unlock CNTs’ full potential in diverse applications， from high-performance electronics to cutting-edge biomedical devices. Establishing robust and standardized dispersion evaluation methods is crucial to ensuring consistent and reliable integration of CNTs into these next-generation technologies.
Keywords：carbon nanotube； dispersion； mechanism
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