Uhlík je jedním z nejběžnějších prvků v přírodě, který zahrnuje vlastnosti téměř všech látek nalezených na Zemi. Vykazuje širokou škálu vlastností, jako je proměnlivá tvrdost a měkkost, chování izolace-polovodič-supravodič, tepelná izolace-supravodivost a úplná průhlednost absorpce světla. Mezi nimi jsou materiály s hybridizací sp2 hlavními členy rodiny uhlíkových materiálů, včetně grafitu, uhlíkových nanotrubic, grafenu, fullerenů a amorfního skelného uhlíku.
Vzorky grafitu a skelného uhlíku
Zatímco předchozí materiály jsou známé, zaměřme se dnes na skelný uhlík. Skelný uhlík, také známý jako skelný uhlík nebo skelný uhlík, kombinuje vlastnosti skla a keramiky do negrafitického uhlíkového materiálu. Na rozdíl od krystalického grafitu se jedná o amorfní uhlíkový materiál, který je téměř 100% sp2-hybridizovaný. Skelný uhlík se syntetizuje vysokoteplotním slinováním prekurzorových organických sloučenin, jako jsou fenolové pryskyřice nebo furfurylalkoholové pryskyřice, v atmosféře inertního plynu. Jeho černý vzhled a hladký povrch podobný sklu mu vysloužily název „sklovitý uhlík“.
Od jeho první syntézy vědci v roce 1962 byly struktura a vlastnosti skelného uhlíku rozsáhle studovány a zůstávají horkým tématem v oblasti uhlíkových materiálů. Skelný uhlík lze rozdělit do dvou typů: sklovitý uhlík typu I a typu II. Skelný uhlík typu I je slinován z organických prekurzorů při teplotách pod 2000 °C a skládá se převážně z náhodně orientovaných zkadeřených fragmentů grafenu. Skelný uhlík typu II je naproti tomu slinován při vyšších teplotách (~2500 °C) a tvoří amorfní vícevrstvou trojrozměrnou matrici samouspořádaných kulovitých struktur podobných fullerenu (jak je znázorněno na obrázku níže).
Zobrazení struktury skelného uhlíku (vlevo) a snímek elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením (vpravo)
Nedávný výzkum zjistil, že sklovitý uhlík typu II vykazuje vyšší stlačitelnost než typ I, což je přičítáno jeho samouspořádaným kulovitým strukturám podobným fullerenu. Navzdory nepatrným geometrickým rozdílům jsou matrice skelného uhlíku typu I i typu II v podstatě složeny z neuspořádaného zvlněného grafenu.
Aplikace skelného uhlíku
Skelný uhlík má četné vynikající vlastnosti, včetně nízké hustoty, vysoké tvrdosti, vysoké pevnosti, vysoké nepropustnosti pro plyny a kapaliny, vysoké tepelné a chemické stability, díky kterým je široce použitelný v průmyslových odvětvích, jako je výroba, chemie a elektronika.
01 Vysokoteplotní aplikace
Skelný uhlík vykazuje vysokou teplotní odolnost v prostředí inertního plynu nebo vakua, odolává teplotám až 3000 °C. Na rozdíl od jiných keramických a kovových vysokoteplotních materiálů se pevnost skelného uhlíku zvyšuje s teplotou a může dosáhnout až 2700 K bez zkřehnutí. Má také nízkou hmotnost, nízkou absorpci tepla a nízkou tepelnou roztažnost, díky čemuž je vhodný pro různé vysokoteplotní aplikace, včetně ochranných trubek termočlánků, nakládacích systémů a součástí pecí.
02 Chemické aplikace
Díky své vysoké odolnosti proti korozi nachází skelný uhlík široké využití v chemické analýze. Zařízení vyrobené ze skelného uhlíku nabízí výhody oproti běžným laboratorním zařízením vyrobeným z platiny, zlata, jiných korozivzdorných kovů, speciální keramiky nebo fluoroplastů. Mezi tyto přednosti patří odolnost vůči všem vlhkým rozkladným činidlům, žádný paměťový efekt (nekontrolovaná adsorpce a desorpce prvků), žádná kontaminace analyzovaných vzorků, odolnost vůči kyselinám a alkalickým taveninám a neporézní skelný povrch.
03 Zubní technika
Skleněné uhlíkové kelímky se běžně používají v dentální technice pro tavení drahých kovů a slitin titanu. Nabízejí výhody jako je vysoká tepelná vodivost, delší životnost oproti grafitovým kelímkům, žádná přilnavost roztavených drahých kovů, odolnost proti tepelným šokům, použitelnost na všechny drahé kovy a slitiny titanu, použití v indukčních licích odstředivkách, vytváření ochranných atmosfér nad roztavenými kovy, a odstranění potřeby tavidla.
Použití kelímků ze skelného uhlíku zkracuje doby ohřevu a tavení a umožňuje, aby ohřívací spirály tavicí jednotky pracovaly při nižších teplotách než tradiční keramické nádoby, čímž se zkracuje čas potřebný pro každé odlévání a prodlužuje se životnost kelímku. Navíc jeho nesmáčivost eliminuje obavy ze ztráty materiálu.
04 Polovodičové aplikace
Skelný uhlík se svou vysokou čistotou, mimořádnou odolností proti korozi, absencí tvorby částic, vodivostí a dobrými mechanickými vlastnostmi je ideálním materiálem pro výrobu polovodičů. Kelímky a čluny vyrobené ze skelného uhlíku lze použít pro zónové tavení polovodičových součástek metodou Bridgman nebo Czochralski, syntézu arsenidu galia a růst monokrystalů. Kromě toho může skelný uhlík sloužit jako komponenty v systémech iontové implantace a elektrody v systémech plazmového leptání. Jeho vysoká rentgenová transparentnost také dělá ze skelných uhlíkových čipů vhodnými pro substráty rentgenových masek.
Závěrem lze říci, že skelný uhlík nabízí výjimečné vlastnosti, které zahrnují odolnost vůči vysokým teplotám, chemickou inertnost a vynikající mechanické vlastnosti, díky čemuž je vhodný pro širokou škálu aplikací v různých průmyslových odvětvích.
Obraťte se na společnost Semicera pro zakázkové výrobky ze skelného uhlíku.
E-mail:sales05@semi-cera.com
Čas odeslání: 18. prosince 2023