Tentang Grafit Pirolitik

Grafit pirolitik adalah grafit polikristalin yang terbuat dari penguraian gas hidrokarbon. Senyawa buatan manusia ini terlihat mirip dengan grafit. Namun demikian, ini memiliki banyak sifat unik. Sebagai hasilnya, para individu menggunakannya di berbagai industri untuk beragam aplikasi. Artikel ini memberi Anda pengetahuan lengkap mengenai grafit pirolitik, karakteristik dan aplikasinya. Mari kita mulai.

Gambaran Umum Senyawa Grafit Pirolitik

Grafit pirolitik adalah bentuk grafit yang dihasilkan dari penguraian gas hidrokarbon.

Ketika suhu gas hidrokarbon mencapai tahap penguraian dalam atmosfer hampa udara, gas ini membentuk lapisan grafit yang sangat terorientasi.

Yang membuatnya berbeda dari grafit biasa adalah struktur kristalnya. Tidak seperti grafit alami, grafit ini memiliki atom karbon yang teratur. Selain itu, ini sangat anisotropik.

Mari kita pelajari tentang karakteristiknya.

Karakteristik/Sifat Grafit Pirolitik

Grafit pirolitik memiliki beragam karakteristik. Karena sifat-sifat berikut ini, grafit ini memiliki aplikasi di berbagai industri.

Konduktivitas Termal Tinggi

Grafit pirolitik terkenal dengan konduktivitas termal dalam bidangnya yang tinggi, berkat ikatan kovalennya yang kuat.

Pada suhu kamar, dapat mencapai hingga 2000 W/m-K. Kualitas ini membuat bahan ini ideal untuk produk seperti penyebar panas dan heat sink.

Konduktivitas Listrik Tinggi

Grafit pirolitik bersifat anisotropik, menampilkan struktur berlapis. Sebagai hasilnya, ini mendukung aliran listrik yang sangat baik. Elektron dari grafit ini bergerak dengan mudah di sepanjang atom karbon yang terikat.

Tahan Suhu Tinggi

Grafit pirolitik dapat bertahan pada suhu yang sangat tinggi. Ini adalah karbon yang stabil secara termodinamika. Akibatnya, ia mempertahankan struktur kimianya pada suhu tinggi. Senyawa ini bekerja dengan baik bahkan pada suhu 3500 ° C dalam atmosfer yang tidak mengoksidasi.

Stabilitas Kimia

Grafit pirolitik bersifat inert secara kimiawi. Grafit ini tidak bereaksi terhadap sebagian besar asam, basa, dan pelarut pada suhu kamar. Ini dapat menahan berbagai serangan kimia. Akibatnya, para insinyur nuklir menggunakannya dalam reaktor nuklir.

Kekuatan Mekanis

Meskipun grafit pirolitik ringan, namun memiliki kekuatan mekanik yang baik. Kekuatan tarik dalam bidangnya berkisar antara 20 hingga 40 MPa.

Koefisien Gesekan

Pyrolytic Graphite memiliki koefisien gesekan yang dapat diabaikan, terutama dalam kondisi tanpa pelumas. Oleh karena itu, banyak orang menggunakannya dalam aplikasi yang membutuhkan pengurangan gesekan.

Anda dapat melihat penggunaannya dalam penyegelan, bantalan, dan berbagai komponen geser.

Bagaimana Grafit Pirolitik Dibuat?

Grafit pirolitik dibuat melalui proses pengendapan uap kimia. Para insinyur mendepositkan atom karbon ke substrat pada suhu ekstrem dalam lapisan tipis.

Mari kita pelajari proses lengkapnya selangkah demi selangkah.

Pemilihan Sumber Hidrokarbon

Pertama, produsen memilih gas yang mengandung karbon untuk membuat grafit pirolitik. Gas ini dapat berupa metana, asetilena, dan propana. Gas ini berfungsi sebagai sumber karbon untuk membuat struktur grafit.

Pembentukan Substrat

Setelah gas dipilih, sekarang saatnya menemukan substrat yang sesuai. Umumnya, produsen lebih memilih grafit untuk substrat. Lagi pula, ini dapat bertahan pada suhu tinggi. Substrat memungkinkan atom karbon mengendap dalam struktur grafit.

Proses CVD (Deposisi Uap Kimia)

Gas hidrokarbon dilepaskan ke dalam tungku. Suhu tungku berkisar antara 200 dan 300°C.

Suhu ekstrem ini menguraikan gas menjadi komponen karbon dan hidrogen. Hidrogen dilepaskan sebagai produk limbah, sementara atom karbon terakumulasi pada permukaan substrat.

Deposisi

Pengendapan atom karbon terjadi pada lapisan tipis karena tekanan yang terkendali. Lapisan atom karbon ini menciptakan struktur grafit pirolitik yang teratur.

Karena atom-atomnya tersusun dengan baik dalam lapisan-lapisan, grafit pirolitik menjadi anisotropik.

Pendinginan

Pengendapan atom karbon lapis demi lapis diikuti oleh proses pendinginan.

Sekarang produsen dapat mengekstrak grafit dari tungku untuk memberikan bentuk yang diinginkan

.

Seluruh proses pembuatannya menjalani kontrol kualitas yang ketat. Hal ini memastikan bahwa grafit pirolitik memiliki sifat listrik dan termal yang dibutuhkan.

Aplikasi 

Reaktor Nuklir

Perusahaan pembangkit listrik dan energi nuklir di seluruh dunia menggunakan grafit pirolitik sebagai bahan moderator dalam desain reaktor nuklir.

The AGR dan reaktor berpendingin gas MAGNOX di Inggris adalah contoh yang sempurna.

Karena grafit pirolitik adalah bentuk karbon anisotropik, grafit ini digunakan dalam HTGR (Reaktor Berpendingin Gas Temperatur Tinggi) dan reaktor cepat. Daya tahan grafit terhadap goncangan termal dan bahan kimia membuatnya cocok untuk industri nuklir.

Sebagai moderator, grafit memperlambat neutron selama reaksi fisi, sehingga membantu reaktor beroperasi dengan sempurna.

Insinyur nuklir juga menggunakan grafit pirolitik untuk membuat bahan struktural. Ini melapisi partikel bahan bakar nuklir.

Dalam reaktor berpendingin gas, bahan bakar dikemas dalam partikel tristruktural-isotropik. Lapisan grafit ini melindungi bahan bakar.

Grafit ini juga bertindak sebagai penghalang dan melindungi reaktor dari bahan radioaktif. Grafit ini tidak kehilangan integritas strukturalnya bahkan pada suhu yang melebihi 1.000°C.

Baterai

Produsen baterai menggunakan grafit pirolitik dengan berbagai cara. Ini memiliki peran besar dalam teknologi baterai modern. 

Baterai lithium-ion juga menggunakan grafit ini karena konduktivitas listrik dan stabilitas termalnya yang sangat baik.

Baterai ini menggunakan grafit ini sebagai inang untuk ion lithium selama siklus pengisian dan pemakaian.

Selain itu, produsen menggunakan grafit ini sebagai elektroda negatif pada baterai lithium yang dapat diisi ulang.

Struktur berlapis dari grafit pirolitik memungkinkan ion lithium berinterkalasi di antara lapisan-lapisannya. Hasilnya, ini menciptakan mekanisme reversibel untuk penyimpanan energi.

Tidak seperti bahan anoda lainnya, bentuk grafit ini dapat bertahan pada suhu tinggi dan reaksi kimia. Hal ini membantu baterai berfungsi dalam kondisi ekstrem. Baterai seperti ini umum digunakan pada mobil listrik dan ruang angkasa.

Teknologi Sel Bahan Bakar

Ini telah memainkan peran penting dalam teknologi sel bahan bakar. Lembaran grafit pirolitik adalah salah satu contoh yang bagus.

Lembaran-lembaran dalam sel bahan bakar ini mempertahankan suhu dan membuang panas limbah. Sel bahan bakar oksida padat dengan suhu tinggi bergantung pada grafit ini untuk mengelola panas.

Transistor Grafena

Transistor graphene adalah perangkat berskala nano yang digunakan pada perangkat komunikasi nirkabel, tekstil elektronik, sistem radar, dan smartphone yang dapat dilipat.

Transistor menggunakan graphene sebagai bahan semikonduktor. Grafit pirolitik memainkan peran penting dalam membuat graphene. Ini berfungsi sebagai bahan prekursor untuk produksi graphene.

Grafit juga memastikan manajemen panas yang efisien dalam transistor graphene.

Nosel Roket

Para ilmuwan roket menggunakan grafit pirolitik dalam nosel roket karena integritas struktural dan sifat termalnya yang sangat baik.

Tenggorokan dan ruang roket yang dilapisi grafit pirolitik dapat menahan suhu melebihi 3.000°C. Lebih jauh lagi, grafit ini tidak terkikis oleh gas panas yang dikeluarkan dari nosel.

Laboratorium Propulsi Roket Angkatan Udara juga menggunakan sisipan tenggorokan berlapis grafit pirolitik pada roket mereka pada tahun 1974.

Alat Diagnostik Medis

Anda juga dapat melihat penggunaan grafit pirolitik dalam berbagai peralatan diagnostik.

Ini meminimalkan bidang ketidakhomogenan dalam mesin MRI. Oleh karena itu, secara alami meningkatkan kejernihan dan detail medan magnet.

Karena biokompatibilitasnya, senyawa grafit juga digunakan dalam komponen alat pacu jantung.

Grafit pirolitik tidak bereaksi dengan jaringan dan cairan tubuh. Oleh karena itu, Anda tidak perlu khawatir tentang komplikasi.

Sensor elektrokimia membantu memeriksa kolesterol dan glukosa. Tahukah Anda, sensor ini juga menggunakan grafit pirolitik?

Bentuk grafit ini memiliki permukaan yang sangat konduktif. Oleh karena itu, ini memastikan transfer elektron yang mahir dan memberikan pembacaan yang andal setiap saat.

Selain itu, kemampuannya yang tahan korosi membantu sensor elektrokimia untuk mempertahankan lingkungan biologis yang berbeda.

Elektrokimia

Stabilitas kimia dan konduktivitas listrik yang luar biasa membuat grafit pirolitik cocok untuk berbagai aplikasi elektrokimia. Grafit ini berfungsi sebagai bahan elektroda dalam berbagai sel elektrokimia, seperti kapasitor dan baterai.

Grafit ini mendukung transfer elektron yang cepat antara elektroda dan analit. Hasilnya, ini membantu dalam pendeteksian neurotransmiter.

Tabung sinar-X

Tabung sinar-X memiliki kegunaan dalam inspeksi industri dan pencitraan medis. Tabung ini menggunakan grafit pirolitik sebagai bahan pendukung anoda target. Anoda bertujuan untuk mengubah energi kinetik elektron yang dipercepat menjadi sinar-X.

Selama proses ini, anoda mungkin menjadi terlalu panas. Untungnya, konduktivitas termal yang tinggi dari grafit pirolitik menyebarkan panas yang dihasilkan selama produksi sinar-X. Oleh karena itu, hal ini meningkatkan masa pakai tabung.

Sinar Laser

Beberapa perusahaan telah menggunakan grafit pirolitik dalam sistem sinar laser. Senyawa ini memiliki sifat optik dan termal yang khas yang memungkinkannya untuk menahan sinar laser yang intens.

Dalam 2012sebuah kelompok peneliti di Jepang menunjukkan bahwa grafit pirolitik merespons cahaya laser. Mereka juga menyelidiki bahwa senyawa ini merespons sinar matahari alami dengan bergerak ke arah gradien medan.

Pembuangan sinar laser menggunakan grafit ini untuk menyerap energi laser dan menghilangkan panas dengan cepat. Perangkat ini digunakan untuk menyerap energi yang berlebihan dari sinar laser.

Sistem pengukiran laser juga menggunakan grafit pirolitik sebagai substrat. Karena grafit ini tahan terhadap ablasi laser, maka ini memastikan penandaan dan pemotongan laser yang presisi.

Selain itu, Anda juga dapat melihat penggunaan cermin grafit pirolitik dalam pengaturan laser yang dahsyat. Cermin ini memantulkan sinar laser tanpa terpengaruh oleh suhu tinggi.

Kesimpulan

Ini adalah panduan mendalam mengenai grafit pirolitik. Dengan mempertimbangkan semuanya secara bersama-sama, kita bisa mengatakan bahwa bentuk grafit ini adalah bahan yang serbaguna. Sifat listrik anisotropik, konduktivitas termal, dan ketahanan suhu tinggi membuatnya ideal untuk berbagai macam aplikasi. 

Industri yang berbeda telah menggunakannya secara berbeda. Di tahun-tahun mendatang, kita mungkin akan melihat penggunaannya dalam berbagai teknologi dan inovasi modern lainnya

Kami berharap panduan komprehensif ini memberi Anda informasi yang memadai tentang grafit pirolitik.