¿Qué es el grafito coloidal?

En el campo de la ciencia de materiales, el grafito coloidal destaca por sus propiedades únicas y su amplia aplicación. Y se ha convertido en el centro de la investigación científica y la ingeniería. Se diferencia del grafito tradicional y de otros materiales desde lo micro a lo macro, y es indispensable en la industria moderna y los campos de alta tecnología. Su conocimiento profundo favorece la utilización del material y también puede servir de inspiración para la investigación y el desarrollo de nuevos materiales.

Definición básica y composición del grafito coloidal

El grafito coloidal es esencialmente un sistema coloidal de grafito altamente disperso, compuesto por partículas de grafito uniformemente dispersas en un medio de dispersión específico. El grafito es una fase dispersa, y el medio de dispersión es agua, disolventes orgánicos, etc.

Como alótropo del carbono, el grafito tiene una estructura en capas, los átomos de carbono de la capa forman una red plana hexagonal con enlaces covalentes. Y en sus capas actúan fuerzas débiles de van der Waals. Esto confiere al grafito unas propiedades únicas y sienta las bases del rendimiento del grafito coloidal. En el grafito coloidal, el tamaño de las partículas de grafito está en la categoría coloidal de 1-1000 nanómetros. Tras un tratamiento especial y un proceso de dispersión, forma una solución o suspensión uniforme y estable. Esto combina las características del grafito y las propiedades especiales del coloidal, ofreciendo la posibilidad de muchos campos de aplicación.

Propiedades únicas del grafito coloidal

Conductividad eléctrica

El grafito tiene una estructura en capas y los enlaces covalentes entre átomos de carbono hacen que cada capa tenga electrones de valencia en movimiento libre. Esto es similar al gas de electrones libres de los metales, lo que le confiere una buena conductividad eléctrica. Después del coloidal, aunque las partículas estén dispersas, los electrones libres pueden seguir transfiriendo carga entre las partículas y los iones del medio dispersante. Esto permite que el grafito coloidal mantenga una excelente conductividad eléctrica en su conjunto. Y se puede utilizar ampliamente en la fabricación de revestimientos conductores, materiales para electrodos y otros campos electrónicos.

Lubricidad

Debido a la estructura en capas del grafito, la fuerza de van der Waals entre las capas es débil. Cada capa es fácil de deslizar relativamente, lo que la lubrica de forma natural, y el grafito coloidal también conserva esta característica. Al aplicarlo sobre la superficie de fricción, las partículas de grafito forman una película lubricante que reduce el coeficiente de fricción y desgaste. Su alta dispersión puede distribuirse uniformemente en superficies complejas, proporcionando una lubricación completa y duradera. Y presenta ventajas significativas en condiciones mecánicas especiales, como alta temperatura y alta carga.

Estabilidad térmica

El grafito es un material resistente a altas temperaturas. Incluso a temperaturas de miles de grados centígrados, la estructura cristalina se mantiene relativamente estable. Una vez convertido en grafito coloidal, puede mantener un rendimiento estable siempre que el medio de dispersión pueda soportar la temperatura correspondiente. Por lo tanto, se puede utilizar en escenarios con altos requisitos de estabilidad térmica. Como el sellado de hornos de alta temperatura y la disipación de calor de equipos de alta temperatura.

Estabilidad de dispersión

Con la ayuda de un proceso de dispersión especial y un dispersante adecuado, las partículas de grafito pueden dispersarse de forma uniforme y estable en el medio de dispersión. Y no pueden aglomerarse ni precipitarse durante mucho tiempo, lo que garantiza que el rendimiento del grafito coloidal sea constante cuando se almacena y se utiliza. Es conveniente para el revestimiento, la pulverización y otras operaciones de procesamiento, y puede adherirse uniformemente a varias superficies de matriz. Para formar un revestimiento o película con un rendimiento uniforme y satisfacer las necesidades de uniformidad del material en diferentes escenarios.

¿Cómo fabricar grafito coloidal?

Método de rectificado mecánico

Se trata de un proceso habitual para preparar grafito coloidal. Mediante el molino de bolas, el molino de arena y otros equipos, se muelen durante mucho tiempo las materias primas de grafito, y se trituran las partículas grandes gradualmente hasta alcanzar el rango de tamaño coloidal. Durante la molienda, la adición de una cantidad adecuada de dispersante y coadyuvante de molienda puede evitar que las partículas de grafito se reúnan y mejorar la eficacia de la molienda. Su equipamiento es sencillo, el coste no es elevado, por lo que es adecuado para la producción a gran escala. Sin embargo, en el proceso de molienda es fácil que se mezclen impurezas, lo que afectará a la pureza y el rendimiento del grafito coloidal. Y es difícil controlar con precisión la distribución del tamaño de las partículas de grafito, lo que da lugar a una calidad desigual del producto.

Método de dispersión ultrasónica

Se utiliza para dispersar partículas de grafito mediante cavitación ultrasónica. Cuando la onda ultrasónica se propaga en el medio dispersante, generará zonas de alta presión y de baja presión para formar burbujas de cavitación. Las burbujas se colapsan rápidamente bajo alta presión, creando ondas de choque y microjets. Esto ejerce una fuerte fuerza de cizallamiento sobre las partículas de grafito, haciendo que se rompan y se dispersen uniformemente. El método puede lograr una dispersión de alta eficacia en poco tiempo y obtener grafito coloidal con una distribución de tamaño de partícula estrecha. Sin embargo, el coste del equipo es elevado, el rendimiento es bajo y existen ciertas limitaciones en la producción en masa.

Método de exfoliación química

Este método destruye o debilita el enlace químico entre las capas de grafito mediante una reacción química. De este modo, la estructura de capas de grafito se desnuda para formar una lámina de grafeno de una o varias capas. A continuación, se dispersa en grafito coloidal en el medio de dispersión. El método habitual es REDOX. En primer lugar, oxidar grafito con un agente oxidante fuerte, introduciendo grupos funcionales que contienen oxígeno para aumentar la separación de las capas. A continuación, se eliminan los grupos funcionales mediante una reacción de reducción para obtener grafeno. Este método permite controlar con precisión el número y el tamaño de las capas de grafeno, y el grafeno coloidal preparado es de alta calidad y excelente rendimiento. Sin embargo, el proceso es complicado, los reactivos químicos presentan riesgo de contaminación ambiental y el coste de producción es elevado.

Campos de aplicación del grafito coloidal

Campo electrónico

El grafito coloidal puede utilizarse ampliamente en el campo de la electrónica por su excelente conductividad eléctrica y maquinabilidad. Por ejemplo, puede utilizarse para la fabricación de tinta conductora. Mediante la tecnología de impresión sobre el sustrato para producir circuitos, electrodos y otros componentes, se aplica a dispositivos electrónicos flexibles y otros productos. También se puede utilizar como aditivo de envases electrónicos para mejorar la conductividad eléctrica y la disipación del calor. Además, garantiza el funcionamiento estable de los equipos electrónicos.

Ingeniería mecánica

En el campo de la ingeniería mecánica, puede utilizarse como lubricante y material de revestimiento resistente al desgaste. Para piezas de fricción de equipos, puede reducir la fricción, reducir el desgaste y mejorar la eficiencia y la vida útil. Al recubrir la superficie de las piezas, puede formar un revestimiento resistente al desgaste, que mejora la dureza y la resistencia al desgaste. Especialmente adecuado para altas temperaturas, alto vacío y otros entornos mecánicos especiales.

Campo de energía

En el campo de la energía, desempeña un papel clave en baterías y células solares. Como material de electrodos negativos en baterías de iones de litio, favorece la actividad de los iones de litio y mejora la carga y descarga y la duración de los ciclos. Se puede utilizar para preparar electrodos conductores transparentes en células solares para mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica. Y también se puede utilizar en supercondensadores, lo que mejora el rendimiento del almacenamiento de energía.

Otros campos

En el sector aeroespacial, debido a su buena estabilidad térmica y lubricación, puede utilizarse para la lubricación de componentes de alta temperatura de motores y la protección térmica de aeronaves. En biomedicina, se utiliza como portador de fármacos. También en el campo de la construcción, se puede añadir a la pintura, dándole conductividad eléctrica y propiedades antiestáticas, evitando la adsorción de polvo.

Conclusión

El grafito coloidal tiene propiedades únicas y amplias perspectivas de aplicación. Y desempeña un papel importante en electrónicaEn la industria de la construcción, la maquinaria, la energía y otros campos, debido a sus ventajas de conductividad eléctrica y lubricidad. Se puede preparar mediante molienda mecánica y otros procesos para satisfacer diferentes necesidades. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, su proceso de preparación se optimizará continuamente y tendrá más aplicaciones.

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