Вуглець є одним із найпоширеніших елементів у природі, що містить властивості майже всіх речовин, які зустрічаються на Землі. Він демонструє широкий спектр характеристик, таких як різна твердість і м’якість, поведінка ізоляція-напівпровідник-надпровідник, теплоізоляція-надпровідність і поглинання світла-повна прозорість. Серед них матеріали з гібридизацією sp2 є основними членами сімейства вуглецевих матеріалів, включаючи графіт, вуглецеві нанотрубки, графен, фулерени та аморфний скловуглець.
Зразки графіту та скловуглецю
Хоча попередні матеріали добре відомі, давайте сьогодні зосередимося на скловуглеці. Скловуглець, також відомий як скловуглець або склоподібний вуглець, поєднує властивості скла та кераміки в неграфітний вуглецевий матеріал. На відміну від кристалічного графіту, це аморфний вуглецевий матеріал, який майже на 100% sp2-гібридизований. Склоподібний вуглець синтезується шляхом високотемпературного спікання вихідних органічних сполук, таких як фенольні смоли або смоли фурфурилового спирту, в атмосфері інертного газу. Його чорний зовнішній вигляд і гладка поверхня, схожа на скло, дали йому назву «склокарбон».
З моменту свого першого синтезу вченими в 1962 році структура і властивості склокарбону були широко вивчені і залишаються актуальною темою в галузі вуглецевих матеріалів. Скловуглець можна класифікувати на два типи: скловуглець типу I та типу II. Скловуглець типу I спекається з органічних прекурсорів при температурах нижче 2000°C і складається в основному з хаотично орієнтованих скручених фрагментів графену. Скловуглець типу II, з іншого боку, спікається при вищих температурах (~2500°C) і утворює аморфну багатошарову тривимірну матрицю самоорганізованих фулереноподібних сферичних структур (як показано на малюнку нижче).
Відображення структури склоподібного вуглецю (ліворуч) і зображення електронної мікроскопії з високою роздільною здатністю (праворуч)
Нещодавні дослідження показали, що склокарбон типу II демонструє вищу стисливість, ніж тип I, що пояснюється його самоорганізованою фулереноподібною сферичною структурою. Незважаючи на незначні геометричні відмінності, скловуглецеві матриці типу I і типу II по суті складаються з невпорядкованого закрученого графену.
Застосування склокарбону
Скловуглець має численні видатні властивості, включаючи низьку густину, високу твердість, високу міцність, високу непроникність для газів і рідин, високу термічну та хімічну стабільність, які роблять його широко застосовним у таких галузях, як виробництво, хімія та електроніка.
01 Високотемпературне застосування
Скловуглець демонструє високу термостійкість у середовищі інертного газу або вакууму, витримуючи температуру до 3000°C. На відміну від інших керамічних і металевих високотемпературних матеріалів, міцність склокарбону зростає з температурою і може досягати до 2700K, не стаючи крихким. Він також має малу масу, низьке теплопоглинання та низьке теплове розширення, що робить його придатним для різноманітних високотемпературних застосувань, включаючи захисні труби термопар, системи завантаження та компоненти печей.
02 Хімічні застосування
Завдяки високій стійкості до корозії скловугілля широко використовується в хімічному аналізі. Обладнання зі скловуглецю має переваги перед звичайними лабораторними приладами, виготовленими з платини, золота, інших корозійностійких металів, спеціальної кераміки або фторопласту. Ці переваги включають стійкість до всіх вологих агентів розкладання, відсутність ефекту пам’яті (неконтрольована адсорбція та десорбція елементів), відсутність забруднення аналізованих зразків, стійкість до кислот і лужних розплавів, а також непористу склоподібну поверхню.
03 Стоматологічні технології
Скловугільні тиглі широко використовуються в стоматологічній техніці для плавлення дорогоцінних металів і титанових сплавів. Вони пропонують такі переваги, як висока теплопровідність, довший термін служби порівняно з графітовими тиглями, відсутність адгезії розплавлених дорогоцінних металів, стійкість до термічного удару, застосовність до всіх дорогоцінних металів і титанових сплавів, використання в центрифугах для індукційного лиття, створення захисної атмосфери над розплавленими металами, і усунення потреби у флюсі.
Використання скловугільних тиглів скорочує час нагрівання та плавлення та дозволяє нагрівальним змійовикам плавильної установки працювати при нижчих температурах, ніж традиційні керамічні контейнери, таким чином зменшуючи час, необхідний для кожного відливання, і подовжуючи термін служби тигля. Крім того, його незмочуваність усуває проблеми втрати матеріалу.
04 Застосування напівпровідників
Скловуглець з його високою чистотою, винятковою стійкістю до корозії, відсутністю утворення частинок, провідністю та хорошими механічними властивостями є ідеальним матеріалом для виробництва напівпровідників. Тиглі і човни зі скловуглецю можна використовувати для зонної плавки напівпровідникових компонентів методами Бріджмена або Чохральського, синтезу арсеніду галію, вирощування монокристалів. Крім того, скловуглець може служити компонентом систем іонної імплантації та електродом у системах плазмового травлення. Його висока рентгенівська прозорість також робить чіпи зі склокарбону придатними для підкладок для рентгенівських масок.
Підсумовуючи, скловуглець має виняткові властивості, включаючи стійкість до високих температур, хімічну інертність і відмінні механічні властивості, що робить його придатним для широкого спектру застосувань у різних галузях промисловості.
Зв’яжіться з Semicera, щоб отримати індивідуальні вироби зі склокарбону.
Електронна пошта:sales05@semi-cera.com
Час публікації: 18 грудня 2023 р