Uhlík je jedným z najbežnejších prvkov v prírode, ktorý zahŕňa vlastnosti takmer všetkých látok nachádzajúcich sa na Zemi. Vykazuje širokú škálu charakteristík, ako je rôzna tvrdosť a mäkkosť, správanie izolácie-polovodič-supravodič, tepelná izolácia-supravodivosť a úplná priehľadnosť absorpcie svetla. Medzi nimi sú materiály s hybridizáciou sp2 hlavnými členmi rodiny uhlíkových materiálov vrátane grafitu, uhlíkových nanorúriek, grafénu, fullerénov a amorfného sklovitého uhlíka.
Vzorky grafitu a sklovitého uhlíka
Kým predchádzajúce materiály sú známe, dnes sa zamerajme na sklenený uhlík. Sklovitý uhlík, tiež známy ako sklovitý uhlík alebo sklovitý uhlík, spája vlastnosti skla a keramiky do negrafitického uhlíkového materiálu. Na rozdiel od kryštalického grafitu ide o amorfný uhlíkový materiál, ktorý je takmer 100% sp2-hybridizovaný. Sklovitý uhlík sa syntetizuje vysokoteplotným spekaním prekurzorových organických zlúčenín, ako sú fenolové živice alebo furfurylalkoholové živice, v atmosfére inertného plynu. Jeho čierny vzhľad a hladký povrch podobný sklu mu vyslúžili názov „sklovitý uhlík“.
Od jeho prvej syntézy vedcami v roku 1962 sa štruktúra a vlastnosti sklovitého uhlíka intenzívne študovali a zostávajú horúcou témou v oblasti uhlíkových materiálov. Sklovitý uhlík možno rozdeliť do dvoch typov: sklovitý uhlík typu I a typu II. Sklovitý uhlík typu I je spekaný z organických prekurzorov pri teplotách pod 2000 °C a pozostáva hlavne z náhodne orientovaných zvinutých fragmentov grafénu. Sklovitý uhlík typu II je na druhej strane spekaný pri vyšších teplotách (~ 2500 °C) a tvorí amorfnú viacvrstvovú trojrozmernú matricu samozostavených sférických štruktúr podobných fulerénom (ako je znázornené na obrázku nižšie).
Znázornenie štruktúry skleneného uhlíka (vľavo) a obrázok z elektrónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením (vpravo)
Nedávny výskum zistil, že sklovitý uhlík typu II vykazuje vyššiu stlačiteľnosť ako typ I, čo sa pripisuje jeho samozostavaným sférickým štruktúram podobným fullerénu. Napriek malým geometrickým rozdielom sú matrice zo skleneného uhlíka typu I aj typu II v podstate zložené z neusporiadaného stočeného grafénu.
Aplikácie skleneného uhlíka
Sklovitý uhlík má množstvo vynikajúcich vlastností, vrátane nízkej hustoty, vysokej tvrdosti, vysokej pevnosti, vysokej nepriepustnosti pre plyny a kvapaliny, vysokej tepelnej a chemickej stability, vďaka ktorým je široko použiteľný v priemyselných odvetviach, ako je výroba, chémia a elektronika.
01 Vysokoteplotné aplikácie
Sklovitý uhlík vykazuje vysokú teplotnú odolnosť v prostredí inertného plynu alebo vákua, odoláva teplotám až do 3000 °C. Na rozdiel od iných keramických a kovových vysokoteplotných materiálov sa pevnosť sklovitého uhlíka zvyšuje s teplotou a môže dosiahnuť až 2700 K bez toho, aby sa stal krehkým. Má tiež nízku hmotnosť, nízku absorpciu tepla a nízku tepelnú rozťažnosť, vďaka čomu je vhodný pre rôzne vysokoteplotné aplikácie vrátane ochranných rúr termočlánkov, nakladacích systémov a komponentov pecí.
02 Chemické aplikácie
Vďaka svojej vysokej odolnosti voči korózii nachádza sklenený uhlík široké využitie v chemickej analýze. Zariadenia vyrobené zo sklovitého uhlíka ponúkajú výhody oproti bežným laboratórnym prístrojom vyrobeným z platiny, zlata, iných kovov odolných voči korózii, špeciálnej keramiky alebo fluoroplastov. Medzi tieto výhody patrí odolnosť voči všetkým látkam, ktoré sa rozkladajú za mokra, žiadny pamäťový efekt (nekontrolovaná adsorpcia a desorpcia prvkov), žiadna kontaminácia analyzovaných vzoriek, odolnosť voči kyselinám a zásaditým taveninám a neporézny sklovitý povrch.
03 Zubná technika
Sklenené uhlíkové tégliky sa bežne používajú v zubárskej technike na tavenie drahých kovov a zliatin titánu. Ponúkajú výhody ako vysoká tepelná vodivosť, dlhšia životnosť oproti grafitovým téglikom, žiadna priľnavosť roztavených drahých kovov, odolnosť proti tepelným šokom, použiteľnosť na všetky drahé kovy a zliatiny titánu, použitie v odstredivkách na indukčné odlievanie, vytváranie ochrannej atmosféry nad roztavenými kovmi, a eliminácia potreby toku.
Použitie téglikov zo sklovitého uhlíka znižuje časy ohrevu a tavenia a umožňuje, aby ohrievacie špirály taviacej jednotky pracovali pri nižších teplotách ako tradičné keramické nádoby, čím sa skracuje čas potrebný na každé odlievanie a predlžuje sa životnosť téglika. Navyše jeho nezmáčavosť eliminuje obavy zo straty materiálu.
04 Polovodičové aplikácie
Sklovitý uhlík so svojou vysokou čistotou, výnimočnou odolnosťou proti korózii, absenciou tvorby častíc, vodivosťou a dobrými mechanickými vlastnosťami je ideálnym materiálom pre výrobu polovodičov. Tégliky a člny vyrobené zo sklovitého uhlíka môžu byť použité na zónové tavenie polovodičových komponentov pomocou Bridgmanovej alebo Czochralského metódy, syntézu arzenidu gália a rast monokryštálov. Okrem toho môže sklený uhlík slúžiť ako komponenty v systémoch implantácie iónov a elektródy v systémoch plazmového leptania. Vďaka vysokej priehľadnosti röntgenového žiarenia sú tiež čipy zo skleneného uhlíka vhodné pre substráty röntgenových masiek.
Na záver, sklenený uhlík ponúka výnimočné vlastnosti, medzi ktoré patrí odolnosť voči vysokej teplote, chemická inertnosť a vynikajúce mechanické vlastnosti, vďaka čomu je vhodný pre širokú škálu aplikácií v rôznych priemyselných odvetviach.
Obráťte sa na Semicera pre vlastné sklenené uhlíkové produkty.
Email:sales05@semi-cera.com
Čas odoslania: 18. decembra 2023