納米碳纖維純度等級劃分無統(tǒng)一國際標(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)級純度在90%-95%,生產(chǎn)時保留部分金屬催化劑(如鐵、鎳、鈷)與有機雜質(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)過濾材料,利用多孔結(jié)構(gòu)提升過濾效率;對導(dǎo)電性無特殊要求的領(lǐng)域也會使用,是初步商業(yè)化應(yīng)用及進一步提純的原料,因生產(chǎn)工藝簡單,市場占比高。
高純級純度達(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殘留。表面官能團減少,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性顯著提升,機械強度因結(jié)構(gòu)缺陷減少而增強。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,延長電池循環(huán)壽命、提高快充性能;也用于電容器儲能器件、半導(dǎo)體散熱基板以及復(fù)合材料,增強復(fù)合材料性能穩(wěn)定性。
高純級純度在99%-99.9%,采用多級提純工藝,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、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)星太陽能電池板結(jié)構(gòu)增強中,它可在減輕重量同時提供高機械強度與導(dǎo)電穩(wěn)定性,保障太空環(huán)境下性能可靠。
實驗室級純度超99.9%,為科研機構(gòu)定制,用于前沿材料研究或環(huán)境測試。對生產(chǎn)工藝控制精度達(dá)原子級別,雜質(zhì)含量需通過高分辨透射電鏡(HRTEM)和X射線光電子能譜(XPS)等設(shè)備納米級表征。應(yīng)用于量子點復(fù)合材料開發(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,但推動著納米碳纖維技術(shù)的前沿發(fā)展。
納米碳纖維純度等級劃分影響應(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)進步,高純級產(chǎn)品成本或降低,推動其在新能源電池、半導(dǎo)體等大規(guī)模制造領(lǐng)域普及。未來,針對醫(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。