Grafit Terkelupas - Panduan Lengkap

Dengan pesatnya perkembangan ilmu material, grafit terkelupas, sebagai bahan karbon baru, telah menjadi pusat penelitian. Karena kinerjanya yang sangat baik dan aplikasinya yang luas. Strukturnya yang unik memberikan banyak karakteristik dan memiliki potensi besar di berbagai bidang.

Apa yang dimaksud dengan grafit terkelupas?

Grafit terkelupas (EG) adalah sejenis bahan grafit yang terbuat dari grafit serpihan alami dengan perlakuan interkalasi kimiawi atau elektrokimiawi, dan kemudian dengan pemuaian cepat pada suhu tinggi. Grafit serpihan alami memiliki struktur kristal berlapis yang khas dengan gaya van der Waals yang lemah yang mengikat antar lapisan. Di bawah aksi agen interkalasi, beberapa molekul atau ion kecil dapat disisipkan di antara lapisan grafit untuk membentuk senyawa interkalasi grafit. Ketika senyawa interkalasi diperlakukan pada suhu tinggi, bahan interkalasi terurai dan menguap dengan cepat. Dan gaya ekspansi yang dihasilkan menyebabkan lapisan grafit mengembang dengan hebat di sepanjang arah tegak lurus terhadap lapisan. Dengan demikian, terbentuklah grafit yang longgar, berpori-pori dan terkelupas seperti cacing.

Karakteristik utama grafit yang terkelupas

Luas permukaan spesifik yang tinggi:

Struktur berpori yang unik seperti cacing membuatnya memiliki luas permukaan spesifik yang besar, umumnya hingga 100-1000 m2 /g. Sifat ini memberikan ruang yang luas untuk aplikasinya dalam adsorpsi, katalisis, dan bidang lainnya. Sejumlah besar situs aktif permukaan dapat meningkatkan reaksi kimia dan adsorpsi zat.

Performa adsorpsi yang baik:

Dengan luas permukaan spesifik yang tinggi dan struktur pori yang kaya, ia memiliki kapasitas adsorpsi yang sangat baik untuk berbagai zat. (Termasuk polutan organik, ion logam berat dan molekul gas.) Adsorpsi terutama didasarkan pada adsorpsi fisik, dan bahan yang teradsorpsi dipasang pada permukaan pori. Pada saat yang sama, beberapa gugus fungsi pada permukaannya juga dapat secara kimiawi menyerap beberapa zat untuk lebih meningkatkan efek adsorpsi.

Fleksibilitas dan kompresibilitas yang sangat baik:

Ketika dikompresi oleh kekuatan eksternal, struktur dapat berubah bentuk sampai batas tertentu, dan dapat dipulihkan sebagian setelah menghilangkan kekuatan eksternal. Karakteristik ini membuatnya memiliki nilai aplikasi yang penting dalam menyegel material dan bidang lainnya.

Kestabilan termal dan kestabilan kimiawi yang baik:

Hal ini diperoleh dengan perlakuan khusus terhadap grafit, mewarisi beberapa sifat grafit yang sangat baik. Seperti sifat kimiawi yang stabil pada suhu tinggi, dan tidak bereaksi dengan sebagian besar reagen kimia. Pada saat yang sama, ia memiliki konduktivitas termal yang tinggi, dapat dengan cepat menghantarkan panas dalam kisaran suhu tertentu. Anda dapat menggunakannya dalam pertukaran panas, pembuangan panas, dan bidang lainnya.

Konduktivitas listrik yang baik:

Lapisan grafit di dalamnya masih mempertahankan konduktivitas listrik yang baik, dan elektron dapat bergerak lebih lancar di antara lapisan. Sifat ini membuatnya menjadi prospek aplikasi yang potensial di bidang elektronik, seperti bahan elektroda baterai, bahan pelindung elektromagnetik dan sebagainya.

Proses persiapan grafit yang terkelupas

Pemilihan bahan baku

Grafit serpihan alami:

Grafit serpihan alami dengan kristalinitas tinggi dan ukuran skala besar biasanya dipilih sebagai bahan baku untuk pembuatan grafit terkelupas. Struktur seperti cacing yang diperoleh setelah perlakuan interkalasi dan ekspansi lebih lengkap dan sifat-sifatnya relatif lebih baik dengan ukuran skala yang lebih besar. Pada saat yang sama, kemurnian grafit juga memiliki efek penting pada kinerja grafit terkelupas. Dan grafit dengan kemurnian tinggi dapat mengurangi efek buruk dari pengotor terhadap kinerja grafit tersebut.

Agen interkalasi:

Pemilihan zat interkalasi adalah salah satu mata rantai utama dalam proses persiapan. Interkalator yang umum digunakan termasuk asam sulfat pekat, asam nitrat pekat, asam perklorat dan asam pengoksidasi kuat lainnya. Serta beberapa garam logam, seperti besi nitrat, besi sulfat dan sebagainya. Interkalator ini dapat bereaksi dengan grafit dalam kondisi tertentu untuk menyisipkan molekul atau ion kecil di antara lapisan grafit. Agen interkalasi yang berbeda memiliki efek yang berbeda pada efek interkalasi grafit dan sifat akhir.

Langkah-langkah persiapan dan teknologi utama

Perawatan interkalasi:

Campurkan grafit serpihan alami dan zat interkalasi dalam proporsi tertentu, dan aduk reaksi pada suhu yang sesuai. Mengambil asam sulfat pekat sebagai zat interkalasi, secara perlahan menambahkan grafit ke asam sulfat pekat pada suhu rendah (0-20 ° C). Dan aduk untuk jangka waktu tertentu untuk mendorong molekul asam sulfat agar sepenuhnya terinterkalasi. Kontrol suhu dan waktu reaksi yang ketat sangat penting, jika tidak, grafit rentan terhadap oksidasi yang berlebihan, yang memengaruhi pemuaian selanjutnya. Langkah ini adalah kunci untuk mencapai pengelupasan grafit, meletakkan fondasi untuk pemuaian suhu tinggi.

Mencuci dan mengeringkan:

Setelah reaksi interkalasi, cuci produk, buang sisa zat interkalasi dan produk sampingan. Cuci sampai netral, lalu keringkan untuk mendapatkan senyawa interkalasi grafit. Suhu dan waktu selama pengeringan perlu dikontrol untuk mencegah penguraian awal senyawa interkalasi.

Pemuaian suhu tinggi:

Dengan cepat memasukkan senyawa interkalasi grafit kering ke dalam tungku suhu tinggi pada suhu 800-1000 ° C. Interkalator terurai dan menguap dengan cepat pada suhu tinggi, menghasilkan gaya ekspansi yang kuat. Mendorong lapisan vertikal dari lapisan grafit untuk memuai secara hebat, membentuk grafit yang diperluas. Pemanasan yang cepat adalah kuncinya, memungkinkan interkalasi terurai sepenuhnya dalam waktu singkat. Di bawah proses khusus, grafit yang terkelupas yang diperluas dengan struktur dan sifat yang unik juga dapat diperoleh.

Penerapan grafit yang terkelupas

Perlindungan lingkungan

Pengolahan air limbah

Ia memiliki daya serap yang baik terhadap polutan organik seperti minyak dan fenol serta ion logam berat. Anda dapat menggunakan adsorben untuk memurnikan air secara efektif.

Pengolahan limbah gas

Itu dibuat menjadi bahan adsorpsi dan diisi dalam peralatan. Dapat menyerap gas berbahaya seperti sulfur dioksida dan nitrogen oksida dalam gas limbah industri dan mengurangi pencemaran lingkungan.

Bidang energi

Bahan elektroda baterai

Memiliki konduktivitas yang baik, luas permukaan spesifik yang besar, Anda dapat menggunakannya sebagai bahan elektroda negatif pada baterai lithium-ion. Untuk meningkatkan kinerja pengisian dan pemakaian baterai serta stabilitas siklus. Dan struktur berpori-porinya kondusif untuk ion lithium penyimpanan dan transmisi.

Bahan penyimpanan hidrogen

Karena struktur berpori, setelah perawatan yang tepat, ia memiliki kapasitas penyimpanan hidrogen yang tinggi dalam kondisi tertentu. Dan diharapkan dapat menjadi jenis bahan penyimpanan hidrogen baru untuk memecahkan masalah penyimpanan energi hidrogen.

Bidang Industri

Bahan penyegel

Dengan fleksibilitas dan kompresibilitas, ini telah menjadi bahan penyegel yang ideal, dalam bentuk gasket grafit terkelupas. Anda dapat membuatnya menjadi berbagai bentuk untuk pipa, katup, bejana tekan, dan segel peralatan lainnya, yang secara efektif mencegah kebocoran dalam kondisi yang keras.

Bahan pertukaran panas

Karena stabilitas termal dan konduktivitas termalnya yang baik, Anda dapat menggunakannya untuk membuat penukar panas untuk mempercepat konduksi panas. Dan meningkatkan efisiensi pertukaran panas dalam industri kimia, energi, dan industri lainnya.

Bidang elektronik

Bahan pelindung elektromagnetik

Karena konduktivitasnya yang baik, Anda dapat menjadikannya sebagai bahan pelindung elektromagnetik untuk cangkang peralatan, papan sirkuit, dan bagian lain karena konduktivitasnya yang baik. Dapat memantulkan dan menyerap gelombang elektromagnetik dan mengurangi radiasi elektromagnetik.

Bahan sensor

Luas permukaan spesifik dan aktivitas permukaannya yang tinggi, sehingga memiliki karakteristik adsorpsi dan respons terhadap gas tertentu. Anda dapat membuatnya menjadi sensor gas untuk mendeteksi konsentrasi gas berbahaya. Dalam tekanan, sensor kelembaban dan bidang lainnya, ini juga memiliki potensi aplikasi. Saat menyiapkan bahan yang peka terhadap sensor, struktur unik dan sifat kimiawi dari grafit oksida yang terkelupas dapat meningkatkan kinerja sensor.

Kesimpulan

Grafit terkelupas memiliki struktur yang unik, kinerja yang sangat baik, luas permukaan spesifik yang tinggi, adsorpsi yang baik, fleksibel, stabil dan konduktif. Ini memiliki potensi besar di berbagai bidang seperti perlindungan lingkungan dan energi. Dengan perbaikan proses persiapan, kinerjanya akan ditingkatkan, biayanya akan berkurang. Dan penelitian di masa depan juga akan memperluas aplikasi.