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小材料学| 来看看我们的石墨改性

时间:2023-04-13 09:07:03 点击:275次

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材料在我们的生活中无处不在。 随着科学技术的飞速发展,物质产品日新月异,蕴藏着巨大的潜力。 明天小材料带你认识一种新材料——石墨

什么是石墨?

石墨是碳的同素异形体,是一种重要的无机非金属材料。 呈深褐色,有金属光泽,手感柔软,手感细腻。 可分为天然石墨和人造石墨。

关于天然石墨

天然石墨作为一种矿物,一般分为鳞片石墨和隐晶质石墨,通常产于低温地质条件,广泛分布于发霉的金矿中,由含有机质或碳的沉积岩区域性发霉作用产生,具有优良的耐光性耐冲击、化学稳定性、超高润滑性、热膨胀系数小、导热性高、耐低温、导电性好。

天然石墨是一种重要的矿物材料,广泛应用于机械、冶金、石油化工、轻工、电子、电器、国防、军工、航空航天等国民经济各个领域,被誉为“万能”非金属材料之一。

天然石墨提纯的第一步一般采用数理浮选法中的选矿法,通过选矿过程可得到固定碳浓度在90%~98%之间的中高碳石墨。 由于石墨沉积物中的一些杂质呈极细颗粒状渗入石墨片中,无论研磨多细,单体都不能完全游离。 要想去除这些杂质,得到含量更高的石墨,就必须采用物理法或化学深冷法进行深度提纯。

深度净化方法主要有:

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石墨的应用

膨胀石墨

膨胀石墨是石墨层间化合物的衍生物。 它是以优质天然鳞片石墨为原料,经碱性氧化剂处理而成的层间化合物,又称酸化石墨。 膨胀石墨具有比表面积大、吸附力强、耐低温、耐高压、密封性能好、耐各种介质腐蚀等优点,广泛应用于各行各业。

溴化石墨

溴化石墨是石墨的深加工产品之一,是最具经济前景的新型石墨产品。 氯化石墨是一种由石墨碳与氟直接反应制备的层间化合物。 氯化度高的石墨具有优良的热稳定性。 它是电绝缘体和热绝缘体,不被弱酸和氢氟酸腐蚀。 由于氯化石墨具有许多优良性能,在军事、航空、航天、冶金、机电、化工和特种材料等领域具有广阔的应用前景。

球形石墨

以优质高碳天然鳞片石墨为原料,采用先进的加工工艺对石墨表面进行改性处理,生产出的不同粒度的产品酷似椭圆球形石墨制品。 该球形石墨材料结晶度高,成本低,理论嵌锂量高。 具有优良的导电性和物理稳定性,充放电容量高,循环寿命长,红色环保。

人造金刚石

金刚石,又称“金刚石”,也就是我们常说的砖石。 它是由纯碳组成的矿物,是自然界中最坚硬的物质。 强度高,耐磨性好,可广泛用于磨、磨、钻; 由于其导热性高,电绝缘性好,可用作半导体器件的散热片; 它具有优良的透光性和耐腐蚀性,在电子工业中也有广泛的应用。

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在石墨的应用

我们要大做介绍——石墨烯

关于石墨烯

石墨烯是由双层碳原子密集堆积而成的二维蜂窝状碳材料。 其结构稳定,是世界上最薄、最硬的材料。 石墨烯具有许多奇特的性能,如零带隙的半导体特性、超高的费米速度、载流子迁移率和低导热性、良好的透光特性和优异的热性能。

石墨烯结照明

石墨烯具有温度量子霍尔效应、量子隧穿效应等电子传导特性。 因此,石墨烯在透明电极、晶体管、传感器、储能、高硬度复合材料等方面具有广阔的应用前景。

据悉,它还具有良好的生物相容性,尤其是氧化石墨烯在生物和医学领域具有广阔的应用前景,如靶向抗生素递送、细胞成像、生物监测、肿瘤诊断和治疗等。

石墨烯制备方法

#化学方式#

主要以石墨或膨胀石墨为原料,通过各种剥离技术,包括微机械剥离、液相剥离、气相剥离等,直接得到双层或多层石墨烯片。该方法的原料有容易获得,操作简单,可大量获得石墨烯产品,但制备的产品片材尺寸不易控制,耗时长,收率低,限制了其定量生产。

#物理方式#

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是目前石墨烯研究中应用广泛的一类技术,主要有氧化还原法、晶体外延生长法、化学液相沉积法、电物理法等,这些方法基本可以实现大规模制备石墨烯。

石墨烯应用

#场效应晶体管#

石墨烯具有高自旋迁移率、良好的机械性能和物理稳定性,因此大量研究人员投入到石墨烯的场效应特性及其在场效应晶体管中的应用。

#感觉#

石墨烯具有二维层状结构和较大的比表面积,这是制备传感器的必要条件。 石墨烯可以吸附单个二氧化碳分子或生物物质。 当分子吸附在其表面时,分子与石墨烯之间会发生电荷转移,从而改变石墨烯的电荷密度。 石墨烯的浊度对周围环境的变化非常敏感,这使得石墨烯成为物理学、生物学、医学检测和传感领域的热门材料之一。

#体力#

由于石墨烯具有高导电率、大比表面积等独特的结构特性和物理化学性质,已被尝试应用于各种物理电源。

#透明电极#

透明电极对各种光电器件的运行至关重要,广泛应用于高容量器件中。 如显示器、触摸屏、太阳能电池板、节能发光元件等。

#催化剂、药物载体#

大量研究表明,碳载体结构对催化剂的性能有很大的影响。 石墨烯具有规则的二维表面结构,可作为界面催化研究的碳载催化剂的理想表面。 由于石墨烯具有单原子层结构,比表面积大,生物相容性好,也可适用于抗生素载体。