Ugljik je jedan od najčešćih elemenata u prirodi, koji obuhvata svojstva gotovo svih supstanci koje se nalaze na Zemlji.Pokazuje širok spektar karakteristika, kao što su različita tvrdoća i mekoća, ponašanje izolacija-poluprovodnik-superprovodnik, toplotna izolacija-superprovodljivost i apsorpcija svetlosti-potpuna transparentnost.Među njima, materijali sa sp2 hibridizacijom su glavni članovi porodice ugljeničnih materijala, uključujući grafit, ugljenične nanocevi, grafen, fulerene i amorfni staklasti ugljenik.
Uzorci grafita i staklastog ugljika
Dok su prethodni materijali dobro poznati, hajde da se danas fokusiramo na stakleni ugljenik.Stakleni ugljik, također poznat kao stakleni ugljik ili staklasti ugljik, kombinuje svojstva stakla i keramike u ne-grafitni ugljični materijal.Za razliku od kristalnog grafita, on je amorfni ugljični materijal koji je gotovo 100% sp2-hibridiziran.Stakleni ugljik se sintetizira visokotemperaturnim sinteriranjem prekursora organskih spojeva, kao što su fenolne smole ili smole furfuril alkohola, u atmosferi inertnog plina.Njegov crni izgled i glatka površina nalik staklu donijeli su mu naziv "stakleni ugljik".
Od njegove prve sinteze od strane naučnika 1962. godine, struktura i svojstva staklastog ugljenika su opsežno proučavani i ostaju vruća tema u oblasti ugljeničnih materijala.Stakleni ugljenik se može klasifikovati u dva tipa: stakleni ugljenik tipa I i tip II.Stakleni ugljenik tipa I se sinteruje iz organskih prekursora na temperaturama ispod 2000°C i sastoji se uglavnom od nasumično orijentisanih uvijenih fragmenata grafena.Stakleni ugljenik tipa II, s druge strane, sinteruje se na višim temperaturama (~2500°C) i formira amorfnu višeslojnu trodimenzionalnu matricu samosastavljenih sfernih struktura nalik fulerenu (kao što je prikazano na slici ispod).
Prikaz strukture staklastog ugljika (lijevo) i slika elektronske mikroskopije visoke rezolucije (desno)
Nedavna istraživanja su otkrila da stakleni ugljik tipa II pokazuje veću kompresibilnost od tipa I, što se pripisuje njegovim samosastavljenim sfernim strukturama sličnim fulerenu.Uprkos malim geometrijskim razlikama, staklaste ugljične matrice tipa I i tipa II u suštini se sastoje od neuređenog uvijenog grafena.
Primjena staklenog ugljika
Stakleni ugljik posjeduje brojna izvanredna svojstva, uključujući nisku gustoću, visoku tvrdoću, veliku čvrstoću, visoku nepropusnost za plinove i tekućine, visoku termičku i kemijsku stabilnost, što ga čini široko primjenjivim u industrijama kao što su proizvodnja, kemija i elektronika.
01 Primene na visokim temperaturama
Stakleni ugljik pokazuje otpornost na visoke temperature u okruženju inertnog plina ili vakuuma, izdržavajući temperature do 3000°C.Za razliku od drugih keramičkih i metalnih visokotemperaturnih materijala, čvrstoća staklastog ugljika raste s temperaturom i može doseći do 2700K bez da postane krhka.Takođe ima malu masu, nisku apsorpciju toplote i nisko termičko širenje, što ga čini pogodnim za različite primene na visokim temperaturama, uključujući zaštitne cevi termoelementa, sisteme za punjenje i komponente peći.
02 Hemijske primjene
Zbog svoje visoke otpornosti na koroziju, stakleni ugljik nalazi široku upotrebu u hemijskim analizama.Oprema napravljena od staklastog ugljika nudi prednosti u odnosu na konvencionalne laboratorijske aparate napravljene od platine, zlata, drugih metala otpornih na koroziju, specijalne keramike ili fluoroplastike.Ove prednosti uključuju otpornost na sve vlažne razlagače, bez efekta memorije (nekontrolisana adsorpcija i desorpcija elemenata), bez kontaminacije analiziranih uzoraka, otpornost na kiseline i alkalne taline i neporoznu staklastu površinu.
03 Dentalna tehnologija
Stakleni ugljični lončići se obično koriste u stomatološkoj tehnologiji za topljenje plemenitih metala i legura titanijuma.Nude prednosti kao što su visoka toplotna provodljivost, duži životni vek u odnosu na grafitne lončiće, bez adhezije rastopljenih plemenitih metala, otpornost na termički udar, primenjivost na sve plemenite metale i legure titana, upotreba u centrifugama za indukcijsko livenje, stvaranje zaštitne atmosfere nad rastopljenim metalima, i eliminacija potrebe za fluksom.
Upotreba staklenog ugljika smanjuje vrijeme zagrijavanja i topljenja i omogućava grijaćim zavojnicama jedinice za topljenje da rade na nižim temperaturama od tradicionalnih keramičkih posuda, čime se smanjuje vrijeme potrebno za svako livenje i produžava vijek trajanja lončića.Štaviše, njegova nekvačivost eliminiše zabrinutost zbog gubitka materijala.
04 Primene poluprovodnika
Stakleni ugljen, sa svojom visokom čistoćom, izuzetnom otpornošću na koroziju, odsustvom stvaranja čestica, provodljivosti i dobrim mehaničkim svojstvima, idealan je materijal za proizvodnju poluprovodnika.Lonci i čamci napravljeni od staklastog ugljika mogu se koristiti za zonsko taljenje poluvodičkih komponenti korištenjem Bridgmanovih ili Czochralski metoda, sintezu galij arsenida i rast monokristala.Dodatno, stakleni ugljenik može poslužiti kao komponente u sistemima ionske implantacije i elektrode u sistemima za jetkanje plazmom.Njegova visoka prozirnost rendgenskih zraka također čini čipove staklastog ugljika pogodnim za podloge za rendgenske maske.
U zaključku, stakleni ugljen nudi izuzetna svojstva koja uključuju otpornost na visoke temperature, hemijsku inertnost i odlične mehaničke performanse, što ga čini pogodnim za širok spektar primena u različitim industrijama.
Kontaktirajte Semicera za proizvode od staklenog ugljenika po meri.
Email:sales05@semi-cera.com
Vrijeme objave: 18.12.2023