納米碳纖維純度等級(jí)劃分無(wú)統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),通常依生產(chǎn)工藝、雜質(zhì)含量及應(yīng)用需求分為四類。
基礎(chǔ)級(jí)純度在90%-95%,生產(chǎn)時(shí)保留部分金屬催化劑(如鐵、鎳、鈷)與有機(jī)雜質(zhì)(如瀝青基前驅(qū)體分解物)。其微觀結(jié)構(gòu)多微孔和表面缺陷,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性弱,但成本低。適用于工業(yè)過(guò)濾材料,利用多孔結(jié)構(gòu)提升過(guò)濾效率;對(duì)導(dǎo)電性無(wú)特殊要求的領(lǐng)域也會(huì)使用,是初步商業(yè)化應(yīng)用及進(jìn)一步提純的原料,因生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,市場(chǎng)占比高。
高純級(jí)純度達(dá)95%-99%,經(jīng)酸洗、高溫煅燒或化學(xué)氣相沉積等后處理,去除大部分金屬催化劑與有機(jī)殘留。表面官能團(tuán)減少,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性顯著提升,機(jī)械強(qiáng)度因結(jié)構(gòu)缺陷減少而增強(qiáng)。廣泛用于鋰電池電材料,能提升電材料電子傳導(dǎo)效率30%以上,延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命、提高快充性能;也用于電容器儲(chǔ)能器件、半導(dǎo)體散熱基板以及復(fù)合材料,增強(qiáng)復(fù)合材料性能穩(wěn)定性。
高純級(jí)純度在99%-99.9%,采用多級(jí)提純工藝,像等離子體清洗、真空高溫處理和催化還原等,將雜質(zhì)含量控在低水平。微觀結(jié)構(gòu)近乎完好,表面幾乎無(wú)缺陷,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性達(dá)理論上限值,化學(xué)惰性優(yōu)異。主要用于航空航天領(lǐng)域部件增強(qiáng)、核工業(yè)輻射屏蔽材料以及醫(yī)療設(shè)備導(dǎo)電涂層。比如衛(wèi)星太陽(yáng)能電池板結(jié)構(gòu)增強(qiáng)中,它可在減輕重量同時(shí)提供高機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)電穩(wěn)定性,保障太空環(huán)境下性能可靠。
實(shí)驗(yàn)室級(jí)純度超99.9%,為科研機(jī)構(gòu)定制,用于前沿材料研究或環(huán)境測(cè)試。對(duì)生產(chǎn)工藝控制精度達(dá)原子級(jí)別,雜質(zhì)含量需通過(guò)高分辨透射電鏡(HRTEM)和X射線光電子能譜(XPS)等設(shè)備納米級(jí)表征。應(yīng)用于量子點(diǎn)復(fù)合材料開(kāi)發(fā)、單原子催化劑載體以及下一代柔性電子器件原型制造,雖成本高、產(chǎn)量有限,不直接面向商業(yè)化市場(chǎng),但推動(dòng)著納米碳纖維技術(shù)的前沿發(fā)展。
納米碳纖維純度等級(jí)劃分影響應(yīng)用成本效益比。隨提純技術(shù)如電化學(xué)去雜法、分子篩輔助分離技術(shù)進(jìn)步,高純級(jí)產(chǎn)品成本或降低,推動(dòng)其在新能源電池、半導(dǎo)體等大規(guī)模制造領(lǐng)域普及。未來(lái),針對(duì)醫(yī)療、食品等行業(yè)的定制化純度標(biāo)準(zhǔn),也將成行業(yè)發(fā)展新方向,滿足更嚴(yán)苛與功能需求。