Углерод — один из наиболее распространенных элементов в природе, обладающий свойствами почти всех веществ, встречающихся на Земле.Он демонстрирует широкий спектр характеристик, таких как различная твердость и мягкость, поведение изоляция-полупроводник-сверхпроводник, теплоизоляция-сверхпроводимость и полная прозрачность при поглощении света.Среди них материалы с sp2-гибридизацией являются основными членами семейства углеродных материалов, включая графит, углеродные нанотрубки, графен, фуллерены и аморфный стеклоуглерод.
Образцы графита и стеклоуглерода
Хотя предыдущие материалы хорошо известны, давайте сегодня сосредоточимся на стеклоуглероде.Стеклоуглерод, также известный как стеклоуглерод или стекловидный углерод, сочетает в себе свойства стекла и керамики в неграфитовый углеродный материал.В отличие от кристаллического графита, это аморфный углеродный материал, почти на 100% гибридизованный по sp2.Стеклоуглерод синтезируется путем высокотемпературного спекания органических соединений-прекурсоров, таких как фенольные смолы или смолы фурфурилового спирта, в атмосфере инертного газа.Его черный внешний вид и гладкая стекловидная поверхность заслужили название «стеклоуглерод».
С момента его первого синтеза учеными в 1962 году структура и свойства стеклоуглерода широко изучались и остаются горячей темой в области углеродных материалов.Стеклоуглерод можно разделить на два типа: стеклоуглерод типа I и типа II.Стеклоуглерод I типа спечен из органических прекурсоров при температуре ниже 2000°C и состоит в основном из хаотически ориентированных скрученных фрагментов графена.С другой стороны, стеклоуглерод типа II спекается при более высоких температурах (~ 2500 ° C) и образует аморфную многослойную трехмерную матрицу из самоорганизующихся фуллереноподобных сферических структур (как показано на рисунке ниже).
Представление структуры стеклоуглерода (слева) и изображение электронной микроскопии высокого разрешения (справа)
Недавние исследования показали, что стеклоуглерод типа II обладает более высокой сжимаемостью, чем тип I, что объясняется его самоорганизующимися фуллереноподобными сферическими структурами.Несмотря на небольшие геометрические различия, стеклоуглеродные матрицы как типа I, так и типа II по существу состоят из неупорядоченного скрученного графена.
Применение стеклоуглерода
Стеклоуглерод обладает многочисленными выдающимися свойствами, включая низкую плотность, высокую твердость, высокую прочность, высокую непроницаемость для газов и жидкостей, высокую термическую и химическую стабильность, что делает его широко применимым в таких отраслях, как производство, химия и электроника.
01 Высокотемпературное применение
Стеклоуглерод обладает высокой термостойкостью в среде инертного газа или вакуума, выдерживая температуру до 3000°C.В отличие от других керамических и металлических жаропрочных материалов, прочность стеклоуглерода увеличивается с повышением температуры и может достигать 2700 К, не становясь при этом хрупким.Он также обладает малой массой, низким теплопоглощением и низким тепловым расширением, что делает его пригодным для различных высокотемпературных применений, включая защитные трубки термопар, системы загрузки и компоненты печей.
02 Химические применения
Благодаря своей высокой коррозионной стойкости стеклоуглерод находит широкое применение в химическом анализе.Оборудование из стеклоуглерода имеет преимущества перед традиционными лабораторными приборами из платины, золота, других коррозионностойких металлов, специальной керамики или фторопласта.К этим преимуществам относятся устойчивость ко всем влажным разлагающим агентам, отсутствие эффекта памяти (неконтролируемая адсорбция и десорбция элементов), отсутствие загрязнения анализируемых образцов, устойчивость к кислотам и щелочным расплавам, а также непористая стекловидная поверхность.
03 Стоматологические технологии
Стеклоуглеродные тигли широко используются в стоматологической технике для плавки драгоценных металлов и титановых сплавов.Они обладают такими преимуществами, как высокая теплопроводность, более длительный срок службы по сравнению с графитовыми тиглями, отсутствие прилипания расплавленных драгоценных металлов, термостойкость, применимость ко всем драгоценным металлам и титановым сплавам, использование в центрифугах индукционного литья, создание защитной атмосферы над расплавленными металлами, и устранение необходимости в флюсе.
Использование стеклоуглеродных тиглей сокращает время нагрева и плавления и позволяет нагревательным змеевикам плавильного агрегата работать при более низких температурах, чем традиционные керамические емкости, тем самым сокращая время, необходимое для каждой отливки, и продлевая срок службы тигля.Более того, его несмачиваемость устраняет проблемы с потерями материала.
04 Применение полупроводников
Стеклоуглерод, обладающий высокой чистотой, исключительной коррозионной стойкостью, отсутствием образования частиц, проводимостью и хорошими механическими свойствами, является идеальным материалом для производства полупроводников.Тигли и лодочки из стеклоуглерода могут быть использованы для зонной плавки полупроводниковых компонентов методами Бриджмена или Чохральского, синтеза арсенида галлия и выращивания монокристаллов.Кроме того, стеклоуглерод может служить компонентами систем ионной имплантации и электродами в системах плазменного травления.Высокая прозрачность для рентгеновских лучей также делает стеклоуглеродную крошку подходящей для подложек рентгеновских масок.
В заключение, стеклоуглерод обладает исключительными свойствами, включая устойчивость к высоким температурам, химическую инертность и отличные механические характеристики, что делает его пригодным для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности.
Свяжитесь с Semicera для получения индивидуальных изделий из стеклоуглерода.
Электронная почта:sales05@semi-cera.com
Время публикации: 18 декабря 2023 г.