Bahan Karbon: Panduan Komprehensif

Bahan karbon adalah istilah umum untuk bahan padat yang berbahan dasar karbon. Material ini biasanya terdiri dari mikrokristal grafit. Ada banyak jenis material karbon dengan performa yang sangat baik dan prospek aplikasi yang luas.

I. Sifat-sifat bahan karbon

Sifat fisik

Bahan karbon memiliki sifat fisik seperti cahaya tinggi transmitansi, konduktivitas listrik yang tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, dan ketahanan korosi yang tinggi. Transmisi cahayanya bisa sebaik kaca, dan konduktivitas listrik serta termalnya bisa sebaik tembaga dan aluminium.

Sifat kimiawi

Bahan karbon adalah bahan tahan korosi dengan stabilitas kimia yang tinggi dan ketahanan korosi yang baik terhadap sebagian besar asam, alkali, dan garam.

II.. Penjelasan rinci tentang jenis-jenis utama

Grafit

Grafit adalah struktur berlapis dari atom karbon, yang terdiri dari bidang-bidang kisi heksagonal. Setiap atom karbon memiliki empat elektron bebas. Grafit memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik, cocok untuk membuat elektrodapenukar panas dan bidang lainnya. Grafit dapat dibagi menjadi grafit alami dan grafit buatan, yang keduanya memiliki struktur serupa, sehingga sifat fisik dan kimianya serupa, tetapi sangat berbeda dalam aplikasinya.

Karbon aktif

Karbon aktif adalah sejenis karbon yang diolah secara khusus, dengan struktur pori yang berkembang dengan baik dan luas permukaan yang besar. Karena kapasitas adsorpsi yang kuat, luas permukaan spesifik yang besar, struktur pori internal yang dikembangkan, kepadatan curah yang rendah dan karakteristik lainnya, ia banyak digunakan dalam pemurnian air, desulfurisasi, denitrifikasi, pelarut pemulihan, adsorpsi darurat, penghilangan merkuri, dan banyak bidang lainnya. Pada saat yang sama, karbon aktif sering digunakan sebagai katalis atau pembawa katalis dalam reaksi kimia seperti persiapan dan reformasi gas.

Tabung nano karbon

Carbon nanotube adalah bahan nano satu dimensi dengan sifat yang sangat baik dengan kekuatan tinggi dan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Dan aplikasi hilirnya terutama mencakup industri kendaraan energi baru, industri digital 3C, industri semikonduktor, infrastruktur tenaga dan bidang lainnya. Permintaan untuk aplikasi komersial skala besar tabung nano karbon terutama berasal dari bidang baterai lithium dan plastik konduktif, di mana lebih dari 80% permintaan berasal dari baterai lithium.

Grafena

Grafena adalah bahan karbon dua dimensi yang terdiri dari satu lapisan atom karbon yang disusun dalam pola sarang lebah. Ini adalah elemen struktural dasar dari banyak heteromorf karbon lainnya, seperti grafit, berlian, karbon, tabung nano karbon, dan fullerene. Dengan fitur optik, mekanis, dan elektrik yang sangat baik, latar belakang aplikasinya dalam pemrosesan mikro-nano, ilmu material, energi, pengiriman obat, dan biomedis lebih dari sekadar vital, dan dianggap sebagai bahan yang menjanjikan dalam beberapa dekade mendatang.

Serat karbon

Serat karbon adalah bahan serat berkekuatan tinggi dan modulus tinggi dengan kandungan karbon lebih dari 90%. Ini dibentuk oleh proses perengkahan dan karbonisasi serat organik seperti poliakrilonitril (atau aspal dan viskosa) dalam lingkungan bersuhu tinggi. Serat karbon memiliki karakteristik ringan, kekuatan tinggi, modulus tinggi, tahan suhu tinggi, dan tahan korosi. Hal ini menjadikan serat karbon sebagai bahan baru yang strategis di bidang teknologi tinggi modern dan dikenal sebagai "raja bahan baru". Serat karbon dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara, dan dapat dibagi menjadi serat karbon berbasis poliakrilonitril (PAN-CF), berbasis viskosa (Rayon-CF), dan berbasis aspal (Pitch-CF) menurut bahan baku yang berbeda.

III. Bidang Aplikasi

Bidang energi baru:

Material karbon memiliki berbagai aplikasi di bidang energi baru. Sebagai contoh, komposit matriks karbon dapat digunakan untuk membuat baterai dan superkapasitor berefisiensi tinggi. Graphene dapat digunakan untuk membuat sel surya dan baling-baling tenaga angin. Dengan terus berkembangnya teknologi energi baru, prospek aplikasi material karbon di bidang energi baru akan semakin luas.

Otomotif:

Bahan karbon digunakan di sektor otomotif untuk membuat komponen yang ringan dan komponen mesin berefisiensi tinggi. Sebagai contoh, komposit serat karbon dapat digunakan untuk membuat bodi dan komponen mobil untuk meningkatkan bobotnya yang ringan dan performa yang tinggi. Graphene juga dapat digunakan untuk membuat sel bahan bakar berefisiensi tinggi untuk meningkatkan tenaga dan performa ekonomis kendaraan.

Aerospace:

Bahan karbon dapat digunakan di bidang kedirgantaraan untuk membuat pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa berkinerja tinggi, antara lain. Sebagai contoh, komposit serat karbon dapat digunakan untuk membuat sayap dan badan pesawat yang ringan untuk meningkatkan kinerjanya. Graphene juga dapat digunakan untuk membuat mesin aero berkinerja tinggi untuk meningkatkan tenaga dan kinerja ekonomis pesawat.

Industri:

Bahan karbon digunakan di sektor industri untuk membuat komponen dan alat berkinerja tinggi. Sebagai contoh, komposit serat karbon dapat digunakan untuk membuat komponen mekanis canggih dan pipa industri dan sebagainya untuk meningkatkan kinerja dan masa pakai. Selain itu, graphene juga dapat digunakan untuk membuat pompa dan katup berefisiensi tinggi untuk meningkatkan efisiensi produksi industri.

Bidang medis

Bahan karbon adalah bahan yang ideal untuk implan bedah. Dan implan seperti tulang buatan, pinggul buatan, sendi lutut, dan katup jantung telah berhasil diproduksi.

Semikonduktor

Bahan karbon dapat digunakan untuk membuat komponen medan termal semikonduktor, bahan elektroda, substrat pembuangan panas, rumah kemasan, probe inspeksi, dan banyak lagi.

Bidang fotovoltaik

Bahan karbon merupakan substitusi impor dari produk grafit isostatik dengan kemurnian tinggi. Oleh karena itu, bahan karbon telah berhasil direalisasikan dalam sistem medan panas fotovoltaik dan banyak digunakan sebagai bahan habis pakai kristal panjang dalam medan panas fotovoltaik. Seperti cawan lebur, silinder pengalihan, silinder isolasi, dll.

Sektor energi

Material karbon memiliki berbagai aplikasi di sektor energi. Sebagai contoh, graphene dapat digunakan sebagai bahan elektroda untuk sel surya dan baterai lithium untuk meningkatkan kepadatan energi serta kecepatan pengisian dan pengosongan baterai. Tabung nano karbon dapat digunakan sebagai bahan penyimpanan hidrogen untuk meningkatkan jumlah dan laju penyimpanan hidrogen. Serat karbon dapat digunakan sebagai pembawa katalis untuk sel bahan bakar untuk meningkatkan aktivitas dan stabilitas katalis.

Bidang lingkungan

Bahan karbon juga memiliki berbagai aplikasi di bidang lingkungan. Sebagai contoh, graphene dapat digunakan di bidang pengolahan air dan pemurnian udara untuk meningkatkan efisiensi pengolahan dan efek pemurnian. Tabung nano karbon dapat digunakan untuk menyerap dan menghilangkan zat berbahaya dalam air dan udara. Serat karbon dapat digunakan untuk membuat sensor lingkungan yang memonitor kadar bahan kimia dan polutan di lingkungan.

V. Prospek Masa Depan

Industri material baru merupakan pendukung penting bagi bidang-bidang canggih seperti biomedis, teknologi informasi, dan energi baru, serta material karbon. Dan sebagai komponen penting, material karbon memiliki posisi yang strategis. Dalam beberapa tahun terakhir, keluarga karbon telah berkembang untuk memasukkan berlian, serat karbon, komposit karbon / karbon, grafit, karbon keras, graphene, tabung nano karbon, titik karbon, ...... Skenario aplikasinya juga terus berkembang, mempercepat inovasi rantai industri ekologi dari berbagai industri. Selain itu, sejak tahun 2024, ekonomi dataran rendah telah meningkat pesat. Sebagai bahan utama di hulu rantai industri, serat karbon dan material kompositnya akan memberikan kontribusi kekuatan penting untuk mendorong perkembangan ekonomi dataran rendah. Oleh karena itu, kami memiliki alasan untuk percaya bahwa prospek industri material karbon sangat luas.