Kulstof er et af de mest almindelige grundstoffer i naturen og omfatter egenskaberne af næsten alle stoffer, der findes på Jorden. Det udviser en bred vifte af egenskaber, såsom varierende hårdhed og blødhed, isolering-halvleder-superlederadfærd, varmeisolering-superledningsevne og lysabsorbering-fuldstændig gennemsigtighed. Blandt disse er materialer med sp2-hybridisering de vigtigste medlemmer af kulstofmaterialefamilien, herunder grafit, kulstofnanorør, grafen, fullerener og amorft glasagtig kulstof.
Grafit og glasagtig kulstofprøver
Mens de tidligere materialer er velkendte, lad os fokusere på glasagtig kulstof i dag. Glasagtig kulstof, også kendt som glasagtig kulstof eller glasagtig kulstof, kombinerer egenskaberne af glas og keramik til et ikke-grafitisk kulstofmateriale. I modsætning til krystallinsk grafit er det et amorft kulstofmateriale, der er næsten 100% sp2-hybridiseret. Glasagtig kulstof syntetiseres ved højtemperatursintring af organiske prækursorforbindelser, såsom phenolharpikser eller furfurylalkoholharpikser, under en inert gasatmosfære. Dens sorte udseende og glatte glaslignende overflade gav den navnet "glasagtig carbon".
Siden den første syntese af videnskabsmænd i 1962 er strukturen og egenskaberne af glasagtig kulstof blevet grundigt undersøgt og forbliver et varmt emne inden for kulstofmaterialer. Glasagtig kulstof kan klassificeres i to typer: Type I og Type II glasagtig kulstof. Type I glasagtig kulstof er sintret fra organiske prækursorer ved temperaturer under 2000°C og består hovedsageligt af tilfældigt orienterede krøllede grafenfragmenter. Type II glasagtig kulstof på den anden side sintres ved højere temperaturer (~2500°C) og danner en amorf flerlags tredimensionel matrix af selvsamlede fullerenlignende sfæriske strukturer (som vist i figuren nedenfor).
Glasagtig kulstofstrukturrepræsentation (venstre) og højopløsningselektronmikroskopibillede (højre)
Nyere forskning har fundet ud af, at Type II glasagtig kulstof udviser en højere kompressibilitet end Type I, hvilket tilskrives dets selvsamlede fullerenlignende sfæriske strukturer. På trods af små geometriske forskelle er både Type I og Type II glasagtige kulstofmatricer i det væsentlige sammensat af uordnet krøllet grafen.
Anvendelser af glasagtig kulstof
Glasagtig kulstof besidder adskillige fremragende egenskaber, herunder lav densitet, høj hårdhed, høj styrke, høj uigennemtrængelighed for gasser og væsker, høj termisk og kemisk stabilitet, hvilket gør det bredt anvendeligt i industrier som fremstilling, kemi og elektronik.
01 Højtemperaturapplikationer
Glasagtig kulstof udviser høj temperaturbestandighed i inaktive gas- eller vakuummiljøer og modstår temperaturer op til 3000°C. I modsætning til andre keramiske og metal-højtemperaturmaterialer stiger styrken af glasagtig kul med temperaturen og kan nå op til 2700K uden at blive skør. Den har også lav masse, lav varmeabsorption og lav termisk ekspansion, hvilket gør den velegnet til forskellige højtemperaturapplikationer, herunder termoelementbeskyttelsesrør, ladesystemer og ovnkomponenter.
02 Kemiske anvendelser
På grund af dets høje korrosionsbestandighed finder glasagtigt kul udstrakt brug i kemiske analyser. Udstyr lavet af glasagtig kulstof giver fordele i forhold til konventionelle laboratorieapparater fremstillet af platin, guld, andre korrosionsbestandige metaller, specialkeramik eller fluorplast. Disse fordele omfatter modstand mod alle våde nedbrydningsmidler, ingen hukommelseseffekt (ukontrolleret adsorption og desorption af grundstoffer), ingen kontaminering af analyserede prøver, modstandsdygtighed over for syrer og alkaliske smelter og en ikke-porøs glasagtig overflade.
03 Tandteknik
Glasagtige kulstofdigler er almindeligt anvendt i dentalteknologi til smeltning af ædelmetaller og titanlegeringer. De tilbyder fordele såsom høj termisk ledningsevne, længere levetid sammenlignet med grafitdigler, ingen vedhæftning af smeltede ædelmetaller, termisk stødbestandighed, anvendelighed til alle ædelmetaller og titanlegeringer, brug i induktionsstøbecentrifuger, skabelse af beskyttende atmosfærer over smeltede metaller, og eliminering af behovet for flux.
Brugen af glasagtige carbon-digler reducerer opvarmnings- og smeltetider og gør det muligt for smelteenhedens varmespiraler at fungere ved lavere temperaturer end traditionelle keramiske beholdere, hvilket reducerer den tid, der kræves for hver støbning, og forlænger diglens levetid. Desuden eliminerer dens ikke-vædelighed bekymringer om materialetab.
04 Halvlederapplikationer
Glasagtig kulstof er med sin høje renhed, enestående korrosionsbestandighed, fravær af partikeldannelse, ledningsevne og gode mekaniske egenskaber et ideelt materiale til halvlederproduktion. Digler og både fremstillet af glasagtig kulstof kan bruges til zonesmeltning af halvlederkomponenter ved brug af Bridgman- eller Czochralski-metoderne, syntese af galliumarsenid og enkeltkrystalvækst. Derudover kan glasagtig kulstof tjene som komponenter i ionimplantationssystemer og elektroder i plasmaætsningssystemer. Dens høje røntgengennemsigtighed gør også glasagtige kulspåner velegnede til røntgenmaskesubstrater.
Afslutningsvis tilbyder glasagtig kulstof ekstraordinære egenskaber, der omfatter høj temperaturbestandighed, kemisk inertitet og fremragende mekanisk ydeevne, hvilket gør det velegnet til en bred vifte af applikationer i forskellige industrier.
Kontakt Semicera for brugerdefinerede glaskulstofprodukter.
E-mail:sales05@semi-cera.com
Indlægstid: 18. december 2023