Ο άνθρακας είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία στη φύση, που περιλαμβάνει τις ιδιότητες σχεδόν όλων των ουσιών που βρίσκονται στη Γη. Παρουσιάζει ένα ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών, όπως ποικίλη σκληρότητα και απαλότητα, συμπεριφορά μόνωσης-ημιαγωγού-υπεραγωγού, θερμομόνωση-υπεραγωγιμότητα και απορρόφηση φωτός-πλήρης διαφάνεια. Μεταξύ αυτών, τα υλικά με υβριδισμό sp2 είναι τα κύρια μέλη της οικογένειας υλικών άνθρακα, συμπεριλαμβανομένου του γραφίτη, των νανοσωλήνων άνθρακα, του γραφενίου, των φουλερενίων και του άμορφου υαλώδους άνθρακα.
Δείγματα γραφίτη και υαλώδους άνθρακα
Ενώ τα προηγούμενα υλικά είναι γνωστά, ας επικεντρωθούμε στον υαλώδη άνθρακα σήμερα. Ο υαλώδης άνθρακας, επίσης γνωστός ως υαλώδης άνθρακας ή υαλώδης άνθρακας, συνδυάζει τις ιδιότητες του γυαλιού και των κεραμικών σε ένα μη γραφιτικό υλικό άνθρακα. Σε αντίθεση με τον κρυσταλλικό γραφίτη, είναι ένα άμορφο υλικό άνθρακα που είναι σχεδόν 100% υβριδισμένο με sp2. Ο υαλώδης άνθρακας συντίθεται με πυροσυσσωμάτωση σε υψηλή θερμοκρασία πρόδρομων οργανικών ενώσεων, όπως οι φαινολικές ρητίνες ή οι ρητίνες φουρφουρυλικής αλκοόλης, κάτω από ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου. Η μαύρη εμφάνισή του και η λεία επιφάνεια που μοιάζει με γυαλί του χάρισε το όνομα «γυάλινο άνθρακα».
Από την πρώτη του σύνθεση από επιστήμονες το 1962, η δομή και οι ιδιότητες του υαλώδους άνθρακα έχουν μελετηθεί εκτενώς και παραμένουν ένα καυτό θέμα στον τομέα των υλικών άνθρακα. Ο υαλώδης άνθρακας μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους: υαλώδη άνθρακα τύπου Ι και τύπου II. Ο υαλώδης άνθρακας τύπου Ι συντήκεται από οργανικές πρόδρομες ουσίες σε θερμοκρασίες κάτω των 2000°C και αποτελείται κυρίως από τυχαία προσανατολισμένα κυρτωμένα θραύσματα γραφενίου. Ο υαλώδης άνθρακας τύπου II, από την άλλη πλευρά, συντήκεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες (~2500°C) και σχηματίζει μια άμορφη πολυστρωματική τρισδιάστατη μήτρα αυτοσυναρμολογούμενων σφαιρικών δομών που μοιάζουν με φουλερένιο (όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα).
Αναπαράσταση γυάλινης δομής άνθρακα (αριστερά) και εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης (δεξιά)
Πρόσφατη έρευνα διαπίστωσε ότι ο υαλώδης άνθρακας Τύπου ΙΙ παρουσιάζει υψηλότερη συμπιεστότητα από τον Τύπο Ι, η οποία αποδίδεται στις αυτοσυναρμολογούμενες σφαιρικές δομές που μοιάζουν με φουλλερένιο. Παρά τις μικρές γεωμετρικές διαφορές, τόσο οι υαλώδεις μήτρες άνθρακα Τύπου Ι όσο και Τύπου ΙΙ αποτελούνται ουσιαστικά από διαταραγμένο κυρτό γραφένιο.
Εφαρμογές Glassy Carbon
Ο υαλώδης άνθρακας έχει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, όπως χαμηλή πυκνότητα, υψηλή σκληρότητα, υψηλή αντοχή, υψηλή αδιαπερατότητα σε αέρια και υγρά, υψηλή θερμική και χημική σταθερότητα, που τον καθιστούν ευρέως εφαρμόσιμο σε βιομηχανίες όπως η κατασκευή, η χημεία και τα ηλεκτρονικά.
01 Εφαρμογές Υψηλής Θερμοκρασίας
Ο γυάλινος άνθρακας παρουσιάζει υψηλή αντοχή στη θερμοκρασία σε περιβάλλοντα αδρανούς αερίου ή κενού, αντέχοντας θερμοκρασίες έως και 3000°C. Σε αντίθεση με άλλα κεραμικά και μεταλλικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας, η αντοχή του υαλώδους άνθρακα αυξάνεται με τη θερμοκρασία και μπορεί να φτάσει έως και τα 2700K χωρίς να γίνει εύθραυστο. Διαθέτει επίσης χαμηλή μάζα, χαμηλή απορρόφηση θερμότητας και χαμηλή θερμική διαστολή, καθιστώντας το κατάλληλο για διάφορες εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων των σωλήνων προστασίας θερμοστοιχείων, συστημάτων φόρτωσης και εξαρτημάτων κλιβάνου.
02 Χημικές Εφαρμογές
Λόγω της υψηλής αντοχής του στη διάβρωση, ο υαλώδης άνθρακας βρίσκει εκτεταμένη χρήση στη χημική ανάλυση. Ο εξοπλισμός από υαλώδη άνθρακα προσφέρει πλεονεκτήματα σε σχέση με τις συμβατικές εργαστηριακές συσκευές από πλατίνα, χρυσό, άλλα ανθεκτικά στη διάβρωση μέταλλα, ειδικά κεραμικά ή φθοροπλαστικά. Αυτά τα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν αντοχή σε όλους τους υγρούς παράγοντες αποσύνθεσης, καμία επίδραση μνήμης (ανεξέλεγκτη προσρόφηση και εκρόφηση στοιχείων), καμία μόλυνση των αναλυόμενων δειγμάτων, αντοχή σε οξέα και αλκαλικά τήγματα και μη πορώδη υαλώδη επιφάνεια.
03 Οδοντιατρική Τεχνολογία
Τα γυάλινα χωνευτήρια άνθρακα χρησιμοποιούνται συνήθως στην οδοντιατρική τεχνολογία για την τήξη πολύτιμων μετάλλων και κραμάτων τιτανίου. Προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως υψηλή θερμική αγωγιμότητα, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με χωνευτήρια γραφίτη, μη πρόσφυση λιωμένων πολύτιμων μετάλλων, αντοχή σε θερμικές κρούσεις, δυνατότητα εφαρμογής σε όλα τα πολύτιμα μέταλλα και κράματα τιτανίου, χρήση σε φυγόκεντρες χύτευσης επαγωγής, δημιουργία προστατευτικής ατμόσφαιρας πάνω από λιωμένα μέταλλα. και την εξάλειψη της ανάγκης για ροή.
Η χρήση χωνευτηρίων υαλώδους άνθρακα μειώνει τους χρόνους θέρμανσης και τήξης και επιτρέπει στα πηνία θέρμανσης της μονάδας τήξης να λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από τα παραδοσιακά κεραμικά δοχεία, μειώνοντας έτσι τον χρόνο που απαιτείται για κάθε χύτευση και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του χωνευτηρίου. Επιπλέον, η μη διαβροχή του εξαλείφει τις ανησυχίες για απώλεια υλικού.
04 Εφαρμογές Ημιαγωγών
Ο γυάλινος άνθρακας, με την υψηλή καθαρότητα, την εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, την απουσία δημιουργίας σωματιδίων, την αγωγιμότητα και τις καλές μηχανικές του ιδιότητες, είναι ένα ιδανικό υλικό για την παραγωγή ημιαγωγών. Χωνευτήρια και βάρκες κατασκευασμένα από υαλώδη άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τήξη ζωνών εξαρτημάτων ημιαγωγών χρησιμοποιώντας τις μεθόδους Bridgman ή Czochralski, σύνθεση αρσενιδίου του γαλλίου και ανάπτυξη μονοκρυστάλλων. Επιπλέον, ο υαλώδης άνθρακας μπορεί να χρησιμεύσει ως συστατικά σε συστήματα εμφύτευσης ιόντων και ηλεκτρόδια σε συστήματα χάραξης πλάσματος. Η υψηλή του διαφάνεια στις ακτίνες Χ κάνει επίσης τα υαλώδη τσιπ άνθρακα κατάλληλα για υποστρώματα μάσκας ακτίνων Χ.
Συμπερασματικά, ο υαλώδης άνθρακας προσφέρει εξαιρετικές ιδιότητες που περιλαμβάνουν αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, χημική αδράνεια και εξαιρετική μηχανική απόδοση, καθιστώντας τον κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες.
Επικοινωνήστε με τη Semicera για προσαρμοσμένα προϊόντα άνθρακα από γυαλί.
E-mail:sales05@semi-cera.com
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-18-2023