Qu'est-ce que le carbone vitreux？ - veteksemicon

Le carbone vitreux, également connu sous le nom de carbone vitreux pour faire court, est un carbone non graphié qui combine les propriétés du verre etcéramique. Il est fabriqué en frittant un précurseur organique polymérisé à haute température dans une atmosphère de gaz inerte. Parce qu'il est noir partout et a une surface lisse similaire au verre, il s'appelle du carbone vitreux.

Ⅰ. Avantages matériels et zones d'application

Glass Carbon a une série d'excellentes propriétés et peut être transformée en différentes formes, il a donc un large éventail de perspectives d'application:

● Résistance à haute température: Le carbone en verre peut être utilisé pendant une longue période dans un gaz inerte ou un aspirateur à environ 3000 ° C sans fragilité. Il convient à presque toutes les occasions de protection à haute température telles que les tubes de protection des pyromètres, les systèmes de charge et les pièces de four à haute température;

● Résistance à la corrosion: Le carbone en verre est résistant à tous les agents de décomposition humide, l'acide et les alcalins fondent et n'ont aucun effet de mémoire. Il peut être utilisé dans l'équipement de laboratoire conventionnel et les échantillons d'analyse sont sans pollution;

● Conductivité thermique et non-mouillage: La conductivité thermique du carbone en verre est de ~ 80 W / (M▪k), qui est proche de celle du fer métallique. Il peut être utilisé dans des creusets pour faire fondre les métaux précieux et les alliages de titane, et raccourcir le temps de chauffage et de fusion; Sa propriété non cochée élimine également le problème de la perte de matériaux;

● Haute pureté et pas de particules: Le carbone en verre est transformé en creusets et bateaux, qui est un matériau idéal pour la production de semi-conducteurs; Il peut également être utilisé comme partie des systèmes d'implantation ionique et des électrodes de systèmes de gravure de plasma, etc.

● Bonne conductivité: Les électrodes en carbone vitreux ont une large plage de potentiel, qui peut être utilisée pour étudier les substances inorganiques dans la zone potentielle négative et les réactions redox des substances organiques dans la zone potentielle positive; Les scientifiques ont utilisé des capteurs d'électrode en carbone vitreux pour compléter l'analyse voltampérométrique des médicaments et réaliser des photoélectrodes à pérovskite ultra-stables.

Diagramme schématique du processus de préparation du photoanode de pérovskite à partir de carbone vitreux et d'absorbeur de lumière

Ⅱ. Recherche sur la structure et les propriétés des matériaux

Depuis que les scientifiques ont synthétisé le carbone vitreux en 1962, l'étude de la structure et des propriétés du carbone vitreux a été un sujet brûlant dans le domaine des matériaux de carbone. Le carbone vitreux est une structure de carbone en trouble hybridé SP2 typique. Le carbone vitreux de type I est formé par une matière organique polymérisée de frittage à une température inférieure à 2000 ° C, et son intérieur est principalement composé de fragments de graphène enroulés désordonnés; Le carbone vitreux de type II est fritté à une température plus élevée et est une matrice tridimensionnelle multicouche désordonnée.

Avec le développement de moyens techniques, l'évolution structurelle et les propriétés intrinsèques du carbone vitreux ont été révélées. Karlsruher Institut Für Technologie utilisé dans la microscopie électronique à transmission à haute résolution in situ (HR-TEM) pour visualiser l'évolution structurelle de la pyrolyse des polymères dans la plage de température de 500-1200 ° C. Les résultats ont montré que:

● Fullerènes, feuilles de graphène fortement incurvées et feuilles de graphène bidimensionnelles plus petites coexistent en carbone vitreux avec une taille et une forme relativement grandes, empilées (<10 couches) ou des fragments de graphène interconnectés;

● Les micropores en carbone vitreux ne sont pas entièrement attribués aux structures Fullerène, car la distribution et la proportion de structures Fullerène dépendent fortement de la surface de l'échantillon. Contrairement aux structures de graphène à quelques couches, les pores aléatoires dans les échantillons 3D représentent la majorité;

● Les fragments de graphène sont interconnectés avec des liaisons σ et π, résultant en une plage de longueurs de liaisons C-C dans le carbone vitreux, et les anneaux inhérents non à six membres conduisent davantage à la diversité des longueurs de liaison;

● Les fragments de graphène n'augmentent pas toujours et l'instabilité locale à basse température fait que des flocons plus petits se séparent occasionnellement ou fusionnent avec des flocons plus gros. J. Bauer et d'autres de l'Institut de technologie de Karlsruhe ont utilisé la photolithographie pour traiter les micro-architectures en nid d'abeille en polymère, puis ont préparé du carbone nano-verre ultra-fort avec un seul pilier plus court que 1 μm et un diamètre aussi petit que 200 nm par pyrolyse; La résistance au matériau est aussi élevée que le 3GPA, qui est approximativement équivalent à la résistance théorique du carbone vitreux; La densité de la structure topologique en nid d'abeille en carbone vitreux n'est que de 0,6 g / cm³, réalisant une force efficace de 1,2 gpa.

Images TEM de la migration des petits flocons de graphène pendant la pyrolyse. 

(A-C) Flocons circulaires séparés des plus grands blocs de graphène (flèche 1); 

(D-F) Les flocons ont fusionné avec des matériaux adjacents à 780 ° C (flèche 2). Barre d'échelle: 2 nm.

A, B, structure polymère avant pyrolyse: structure globale (A) et gros plan d'une seule unité de cellule (B);

C, D, la nanolatrice se rétrécit isotropiquement à environ 20% de sa taille initiale pendant la pyrolyse.

Ⅲ. Disposition et expansion des applications de l'industrie

L'électrochimie de Luton et les nouveaux matériaux de Chenrui ont atteint la préparation domestique du carbone vitreux et ont atteint une production de masse de produits de carbone vitreux ultra-minces de 5 μm.

Les tendances futures de développement comprennent:

● Réalisez l'application à grande échelle de revêtements de carbone vitreux de qualité semi-conducteurs, qui sont utilisés comme matériaux d'isolation pour les fours de croissance cristalline afin de résoudre le problème de la stabilité du champ thermique de la croissance des cristaux SIC, tout en réduisant la consommation d'énergie de 20%;

● Le carbone vitreux en tant que matériau de plaque bipolaire pour les piles à combustible de nouveaux véhicules énergétiques peut augmenter l'efficacité de la batterie de 15%;

● Les matériaux composites en carbone vitreux légers (ρ <1,3 g / cm³) sont utilisés dans des buses de moteur de fusée pour améliorer considérablement la résistance à la température.

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