Απολεπισμένος γραφίτης - Ένας πλήρης οδηγός

Με τη ραγδαία ανάπτυξη της επιστήμης των υλικών, ο απολεπισμένος γραφίτης, ως νέο υλικό άνθρακα, έχει γίνει ένα ερευνητικό hotspot. Λόγω των εξαιρετικών επιδόσεών του και της ευρείας εφαρμογής του. Η μοναδική δομή του προσδίδει πολλά χαρακτηριστικά και έχει μεγάλες δυνατότητες σε πολλούς τομείς.

Τι είναι ο απολεπισμένος γραφίτης;

Ο απολεπισμένος γραφίτης (EG) είναι ένα είδος υλικού γραφίτη που παρασκευάζεται από φυσικό γραφίτη με χημική ή ηλεκτροχημική επεξεργασία παρεμβολής και στη συνέχεια με ταχεία διαστολή σε υψηλή θερμοκρασία. Ο φυσικός απολεπισμένος γραφίτης έχει τυπική στρωματοποιημένη κρυσταλλική δομή με ασθενείς δυνάμεις van der Waals που δεσμεύουν τα στρώματα. Υπό τη δράση του παράγοντα παρεμβολής, ορισμένα μικρά μόρια ή ιόντα μπορούν να παρεμβληθούν μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη για να σχηματίσουν ενώσεις παρεμβολής γραφίτη. Όταν η ένωση παρεμβολής υποβάλλεται σε επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία, το υλικό παρεμβολής αποσυντίθεται και εξατμίζεται ταχέως. Και η προκύπτουσα δύναμη διαστολής προκαλεί τη βίαιη διαστολή του στρώματος γραφίτη κατά τη διεύθυνση που είναι κάθετη στο στρώμα. Έτσι σχηματίζεται χαλαρός, πορώδης και σκουληκόμορφος απολεπισμένος γραφίτης.

Κύρια χαρακτηριστικά του απολεπισμένου γραφίτη

Υψηλή ειδική επιφάνεια:

Η μοναδική σκουληκόμορφη πορώδης δομή του το κάνει να έχει μεγάλη ειδική επιφάνεια, γενικά έως 100-1000 m2/g. Αυτή η ιδιότητα παρέχει ευρύ χώρο για την εφαρμογή του στην προσρόφηση, την κατάλυση και άλλους τομείς. Ένας μεγάλος αριθμός επιφανειακών ενεργών κέντρων μπορεί να προωθήσει τη χημική αντίδραση και την προσρόφηση ουσιών.

Καλή απόδοση προσρόφησης:

Με υψηλή ειδική επιφάνεια και πλούσια δομή πόρων, έχει εξαιρετική ικανότητα προσρόφησης για μια ποικιλία ουσιών. ( Συμπεριλαμβανομένων οργανικών ρύπων, ιόντων βαρέων μετάλλων και μορίων αερίων.) Η προσρόφηση βασίζεται κυρίως στη φυσική προσρόφηση και το προσροφημένο υλικό στερεώνεται στην επιφάνεια των πόρων. Ταυτόχρονα, ορισμένες λειτουργικές ομάδες στην επιφάνειά του μπορούν επίσης να προσροφήσουν χημικά κάποιες ουσίες για να ενισχύσουν περαιτέρω το αποτέλεσμα της προσρόφησης.

Εξαιρετική ευελιξία και συμπιεστότητα:

Όταν συμπιέζεται από εξωτερική δύναμη, η δομή μπορεί να παραμορφωθεί σε ορισμένο βαθμό και μπορεί να αποκατασταθεί εν μέρει μετά την αφαίρεση της εξωτερικής δύναμης. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά να έχει σημαντική αξία εφαρμογής στα υλικά στεγανοποίησης και σε άλλους τομείς.

Καλή θερμική και χημική σταθερότητα:

Λαμβάνεται με ειδική επεξεργασία του γραφίτη, κληρονομώντας ορισμένες εξαιρετικές ιδιότητες του γραφίτη. Όπως σταθερές χημικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν αντιδρά με τα περισσότερα χημικά αντιδραστήρια. Ταυτόχρονα, έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, μπορεί να μεταφέρει γρήγορα τη θερμότητα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασιών. Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε στην ανταλλαγή θερμότητας, στην απαγωγή θερμότητας και σε άλλους τομείς.

Καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα:

Το στρώμα γραφίτη στο εσωτερικό του εξακολουθεί να διατηρεί καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται πιο ομαλά μεταξύ των στρωμάτων. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά μια πιθανή προοπτική εφαρμογής στον τομέα της ηλεκτρονικής, όπως υλικά ηλεκτροδίων μπαταριών, υλικά ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης και ούτω καθεξής.

Διαδικασία παρασκευής απολεπισμένου γραφίτη

Επιλογή πρώτων υλών

Φυσικός γραφίτης σε νιφάδες:

Φυσικός γραφίτης σε νιφάδες με υψηλή κρυσταλλικότητα και μεγάλο μέγεθος κλίμακας επιλέγεται συνήθως ως πρώτη ύλη για την παρασκευή απολεπισμένου γραφίτη. Η σκουληκόμορφη δομή του που λαμβάνεται μετά από επεξεργασία παρεμβολής και διαστολής είναι πληρέστερη και οι ιδιότητες είναι σχετικά καλύτερες με μεγαλύτερο μέγεθος κλίμακας. Ταυτόχρονα, η καθαρότητα του γραφίτη έχει επίσης σημαντική επίδραση στην απόδοση του απολεπισμένου γραφίτη. Και ο γραφίτης υψηλής καθαρότητας μπορεί να μειώσει την αρνητική επίδραση των προσμίξεων στην απόδοσή του.

Παράγοντας παρεμβολής:

Η επιλογή του παράγοντα παρεμβολής είναι ένας από τους βασικούς κρίκους στη διαδικασία παρασκευής. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι παράγοντες παρεμβολής περιλαμβάνουν το πυκνό θειικό οξύ, το πυκνό νιτρικό οξύ, το υπερχλωρικό οξύ και άλλα ισχυρά οξειδωτικά οξέα. Καθώς και ορισμένα άλατα μετάλλων, όπως ο νιτρικός σίδηρος, ο θειικός σίδηρος και ούτω καθεξής. Αυτοί οι παρεμβαλλόμενοι μπορούν να αντιδράσουν με τον γραφίτη υπό ορισμένες συνθήκες για να εισάγουν μικρά μόρια ή ιόντα μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη. Διαφορετικοί παράγοντες παρεμβολής έχουν διαφορετικές επιδράσεις στην επίδραση παρεμβολής του γραφίτη και στις τελικές ιδιότητες.

Βήματα προετοιμασίας και βασικές τεχνολογίες

Επεξεργασία με παρεμβολή:

Αναμείξτε φυσικό νιφάδες γραφίτη και παράγοντα παρεμβολής σε συγκεκριμένη αναλογία και αναδεύστε την αντίδραση στην κατάλληλη θερμοκρασία. Λαμβάνοντας πυκνό θειικό οξύ ως μέσο παρεμβολής, προσθέτουμε αργά γραφίτη σε πυκνό θειικό οξύ σε χαμηλή θερμοκρασία (0-20 °C). Και αναδεύστε για ένα χρονικό διάστημα για να προωθήσετε την πλήρη παρεμβολή των μορίων του θειικού οξέος. Ο αυστηρός έλεγχος της θερμοκρασίας και του χρόνου αντίδρασης είναι ζωτικής σημασίας, διαφορετικά ο γραφίτης είναι επιρρεπής σε υπερβολική οξείδωση, επηρεάζοντας την επακόλουθη διαστολή. Αυτό το βήμα είναι το κλειδί για την επίτευξη της απολέπισης του γραφίτη, θέτοντας τα θεμέλια για τη διαστολή σε υψηλές θερμοκρασίες.

Πλύσιμο και στέγνωμα:

Μετά την αντίδραση παρεμβολής, πλύνετε το προϊόν, απομακρύνετε τον εναπομείναντα παράγοντα παρεμβολής και τα παραπροϊόντα. Πλύνετε μέχρι να γίνει ουδέτερο και, στη συνέχεια, στεγνώστε για να λάβετε ενώσεις παρεμβολής γραφίτη. Είναι απαραίτητο να ελέγχεται η θερμοκρασία και ο χρόνος κατά την ξήρανση για να αποφευχθεί η πρόωρη αποσύνθεση των ενώσεων παρεμβολής.

Διαστολή σε υψηλή θερμοκρασία:

Τοποθετήστε γρήγορα την αποξηραμένη ένωση παρεμβολής γραφίτη σε κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας στους 800-1000 °C. Οι παρεμβαλλόμενοι διασπώνται και εξατμίζονται ταχέως σε υψηλή θερμοκρασία, δημιουργώντας ισχυρή δύναμη διαστολής. Σπρώχνοντας το κάθετο στρώμα του στρώματος γραφίτη να επεκταθεί βίαια, σχηματίζοντας διογκωμένο γραφίτη. Η ταχεία θέρμανση είναι το κλειδί, επιτρέποντας στους παρεμβαλλόμενους να αποσυντεθούν πλήρως σε σύντομο χρονικό διάστημα. Στο πλαίσιο της ειδικής διαδικασίας, μπορεί επίσης να ληφθεί ο απολεπισμένος διογκωμένος γραφίτης με μοναδική δομή και ιδιότητες.

Εφαρμογή του απολεπισμένου γραφίτη

Προστασία του περιβάλλοντος

Επεξεργασία λυμάτων

Έχει καλή προσρόφηση οργανικών ρύπων, όπως πετρέλαιο και φαινόλες, και ιόντων βαρέων μετάλλων. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το προσροφητικό για τον αποτελεσματικό καθαρισμό του νερού.

Επεξεργασία αερίων αποβλήτων

Κατασκευάζεται σε υλικά προσρόφησης και γεμίζει τον εξοπλισμό. Μπορεί να απορροφήσει επιβλαβή αέρια όπως διοξείδιο του θείου και οξείδια του αζώτου στα βιομηχανικά απόβλητα και να μειώσει τη ρύπανση του περιβάλλοντος.

Πεδίο ενέργειας

Υλικό ηλεκτροδίου μπαταρίας

Έχει καλή αγωγιμότητα, μεγάλη ειδική επιφάνεια, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ως αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου σε μπαταρίες ιόντων λιθίου. Για τη βελτίωση των επιδόσεων φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας και της σταθερότητας του κύκλου. Και η πορώδης δομή του ευνοεί την ιόντα λιθίου αποθήκευση και μετάδοση.

Υλικό αποθήκευσης υδρογόνου

Λόγω της πορώδους δομής του, μετά από κατάλληλη επεξεργασία, έχει υψηλή ικανότητα αποθήκευσης υδρογόνου υπό ορισμένες συνθήκες. Και αναμένεται να αποτελέσει έναν νέο τύπο υλικού αποθήκευσης υδρογόνου για την επίλυση του προβλήματος της αποθήκευσης ενέργειας υδρογόνου.

Βιομηχανικός τομέας

Υλικό σφράγισης

Με ευελιξία και συμπιεστότητα, έχει γίνει ένα ιδανικό υλικό στεγανοποίησης, με τη μορφή φλάντζας από απολεπισμένο γραφίτη. Μπορείτε να το φτιάξετε σε διάφορα σχήματα για σωλήνες, βαλβίδες, δοχεία πίεσης και άλλο εξοπλισμό στεγανοποίησης, αποτρέποντας αποτελεσματικά τη διαρροή σε δύσκολες συνθήκες.

Υλικό ανταλλαγής θερμότητας

Λόγω της καλής θερμικής σταθερότητας και θερμικής αγωγιμότητας, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή εναλλακτών θερμότητας για την επιτάχυνση της αγωγής θερμότητας. Και να βελτιώσετε την απόδοση της ανταλλαγής θερμότητας στη χημική, την ενεργειακή και άλλες βιομηχανίες.

Ηλεκτρονικός τομέας

Υλικό ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης

Λόγω της καλής αγωγιμότητας, μπορείτε να το κάνετε από υλικά ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης για κελύφη εξοπλισμού, πλακέτες κυκλωμάτων και άλλα μέρη λόγω της καλής αγωγιμότητας. Μπορεί να αντανακλά και να απορροφά ηλεκτρομαγνητικά κύματα και να μειώνει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Υλικό αισθητήρα

Η υψηλή ειδική επιφάνεια και η επιφανειακή του δραστηριότητα, έτσι ώστε να έχει χαρακτηριστικά προσρόφησης και απόκρισης σε συγκεκριμένα αέρια. Μπορείτε να το μετατρέψετε σε αισθητήρα αερίων για την ανίχνευση της συγκέντρωσης επιβλαβών αερίων. Σε αισθητήρες πίεσης, υγρασίας και άλλους τομείς, έχει επίσης δυνατότητες εφαρμογής. Κατά την παρασκευή υλικών ευαίσθητων σε αισθητήρες, η μοναδική δομή και οι χημικές ιδιότητες του απολεπισμένου οξειδίου του γραφίτη μπορούν να ενισχύσουν την απόδοση του αισθητήρα.

Συμπέρασμα

Ο απολεπισμένος γραφίτης έχει μοναδική δομή, εξαιρετική απόδοση, υψηλή ειδική επιφάνεια, καλή προσρόφηση, εύκαμπτη, σταθερή και αγώγιμη. Έχει μεγάλες δυνατότητες σε πολλούς τομείς, όπως η προστασία του περιβάλλοντος και η ενέργεια. Με τη βελτίωση της διαδικασίας παρασκευής, η απόδοσή του θα βελτιωθεί, το κόστος θα μειωθεί. Και η μελλοντική έρευνα θα επεκτείνει επίσης την εφαρμογή.