탄소 소재: 종합 가이드

탄소 소재는 탄소를 기반으로 한 고체 소재를 통칭하는 용어입니다. 일반적으로 흑연 미세 결정으로 구성됩니다. 우수한 성능과 광범위한 응용 가능성을 가진 탄소 소재에는 여러 종류가 있습니다.

I. 탄소 소재의 특성

물리적 속성

탄소 소재는 다음과 같은 물리적 특성을 가지고 있습니다. 높은 조명 투과율, 높은 전기 전도도, 높은 열 전도도, 높은 내식성을 자랑합니다. 빛 투과율은 유리와 비슷하고 전기 전도율과 열 전도율은 구리 및 알루미늄과 비슷할 수 있습니다.

화학적 특성

탄소 소재는 화학적 안정성이 높고 대부분의 산, 알칼리, 염분에 대한 내식성이 우수한 부식 방지 소재입니다.

II.. 주요 유형에 대한 자세한 설명

흑연

흑연은 육각형 격자면으로 구성된 탄소 원자의 층상 구조입니다. 각 탄소 원자는 4개의 자유 전자를 가지고 있습니다. 흑연은 전기 및 열 전도성이 우수하여 다음을 만드는 데 적합합니다. 전극열교환기 및 기타 분야에서 사용됩니다. 흑연은 천연 흑연과 인조 흑연으로 나눌 수 있으며, 둘 다 비슷한 구조를 가지고 있어 물리적, 화학적 특성은 비슷하지만 적용 분야는 상당히 다릅니다.

활성탄

활성탄은 기공 구조가 잘 발달하고 표면적이 넓은 일종의 특수 처리된 탄소입니다. 강력한 흡착 능력, 넓은 비표면적, 발달된 내부 기공 구조, 낮은 부피 밀도 및 기타 특성으로 인해 정수, 탈황, 탈질, 회수 용매, 긴급 흡착, 수은 제거 및 기타 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 동시에 활성탄은 가스 준비 및 개질과 같은 화학 반응에서 촉매 또는 촉매 담체로 자주 사용됩니다.

탄소 나노튜브

탄소나노튜브는 고강도, 높은 전기 및 열전도율의 우수한 특성을 가진 1차원 나노 소재입니다. 탄소 나노튜브의 다운스트림 응용 분야는 주로 신에너지 자동차 산업, 3C 디지털 산업, 반도체 산업, 전력 인프라 및 기타 분야를 포괄합니다. 탄소 나노튜브의 대규모 상업적 응용에 대한 수요는 주로 리튬 배터리와 전도성 플라스틱 분야에서 발생하며, 이 중 80% 이상의 수요는 리튬 배터리에서 발생합니다.

그래핀

그래핀 는 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열된 단일 층으로 구성된 2차원 탄소 소재입니다. 흑연, 다이아몬드, 탄소, 탄소 나노튜브 및 풀러렌과 같은 다른 많은 탄소 이형체의 기본 구조 요소입니다. 광학, 기계, 전기적 특성이 뛰어나 마이크로 나노 공정, 재료 과학, 에너지, 약물 전달 및 생물의학 분야에서 응용 분야가 매우 넓으며 향후 수십 년 동안 유망한 소재로 평가받고 있습니다.

탄소 섬유

탄소 섬유는 탄소 함량이 90% 이상인 고강도, 고탄성 섬유 소재입니다. 탄소 섬유는 균열에 의해 형성되며 탄화 고온 환경에서 폴리 아크릴로 니트릴 (또는 아스팔트 및 비스코스)과 같은 유기 섬유로 만들어집니다. 경량, 고강도, 고탄성, 고온 저항성 및 내식성이라는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 탄소 섬유는 현대 하이테크 분야의 전략적 신소재이자 '신소재의 왕'으로 알려져 있습니다. 탄소 섬유는 다양한 방식으로 분류할 수 있으며, 원료에 따라 폴리 아크릴로 니트릴 기반(PAN-CF), 비스코스 기반(레이온-CF), 아스팔트 기반 탄소 섬유(Pitch-CF)로 나눌 수 있습니다.

III. 적용 분야

새로운 에너지 분야:

탄소 소재는 새로운 에너지 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 예를 들어 탄소 매트릭스 복합재는 고효율 배터리와 슈퍼커패시터를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 그래핀은 태양전지와 풍력 발전 블레이드를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 새로운 에너지 기술이 지속적으로 발전함에 따라 신에너지 분야에서 탄소 소재의 응용 전망은 더욱 넓어질 것입니다.

자동차:

탄소 소재는 자동차 분야에서 경량 부품과 고효율 엔진 부품을 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어 탄소섬유 복합재는 차체와 부품을 만드는 데 사용되어 경량화와 고성능을 향상시킬 수 있습니다. 그래핀은 고효율 연료 전지를 만드는 데도 사용되어 차량의 출력과 경제성을 향상시킬 수 있습니다.

항공우주:

탄소 소재는 항공우주 분야에서 고성능 항공기 및 우주선을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어 탄소섬유 복합재는 경량 날개와 동체를 만들어 성능을 향상시키는 데 사용할 수 있습니다. 그래핀은 또한 고성능 항공 엔진을 만드는 데 사용되어 항공기의 출력과 경제성을 향상시킬 수 있습니다.

산업:

탄소 소재는 산업 분야에서 고성능 부품과 도구를 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어 탄소섬유 복합재는 첨단 기계 부품과 산업용 파이프 등을 만드는 데 사용되어 성능과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 또한 그래핀은 고효율 펌프와 밸브를 만드는 데도 사용되어 산업 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

의료 분야

탄소 소재는 수술용 임플란트에 이상적인 소재입니다. 인공 뼈, 인공 고관절, 무릎 관절, 심장 판막과 같은 임플란트도 성공적으로 제조되었습니다.

반도체

탄소 소재는 반도체 열장 부품, 전극 재료, 방열 기판, 패키지 하우징, 검사 프로브 등을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.

태양광 발전 분야

탄소 소재는 고순도 등방성 흑연 제품의 수입 대체재입니다. 따라서 탄소 재료는 태양 광 열전 시스템에서 성공적으로 실현되었으며 태양 광 열전 분야에서 장결정 소모품으로 널리 사용되고 있습니다. 도가니, 전환 실린더, 절연 실린더 등.

에너지 분야

탄소 소재는 에너지 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 예를 들어 그래핀은 태양전지와 리튬 배터리의 전극 재료로 사용되어 배터리의 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시킬 수 있습니다. 탄소 나노튜브는 수소 저장 재료로 사용되어 수소 저장량과 속도를 향상시킬 수 있습니다. 탄소섬유는 연료전지의 촉매 담체로 사용되어 촉매의 활성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

환경 분야

탄소 소재는 환경 분야에서도 폭넓게 활용되고 있습니다. 예를 들어 그래핀은 수처리 및 공기 정화 분야에서 사용되어 처리 효율과 정화 효과를 향상시킬 수 있습니다. 탄소 나노튜브는 물과 공기 중의 유해 물질을 흡착하고 제거하는 데 사용할 수 있습니다. 탄소섬유는 환경 내 화학물질과 오염물질의 수준을 모니터링하는 환경 센서를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

V. 향후 전망

신소재 산업은 바이오 의학, 정보 기술, 신에너지, 탄소 소재와 같은 첨단 분야를 뒷받침하는 중요한 산업입니다. 그리고 중요한 구성 요소로서 탄소 소재는 전략적 위치를 차지하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 탄소 제품군은 다이아몬드, 탄소 섬유, 탄소/탄소 복합재, 흑연, 경질 탄소, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 탄소 도트, ...... 응용 시나리오도 지속적으로 확장되어 다양한 산업의 생태 산업 체인의 혁신을 가속화하고 있습니다. 또한 2024년 이후 저고도 경제가 급속히 부상하고 있습니다. 산업 체인 상류의 핵심 소재인 탄소 섬유와 그 복합 소재는 저고도 경제의 발전을 촉진하는 데 중요한 힘을 기여할 것입니다. 따라서 우리는 탄소 소재 산업의 전망이 매우 넓다고 믿을만한 이유가 있습니다.