Toepassingen van koolstof: je moet het weten

Koolstof is een alomtegenwoordig element in ons leven. Het atoomnummer is 6 en het symbool is c. Het neemt een belangrijke plaats in het periodiek systeem in. Vanaf de oudheid, het menselijke gebruik van houtskool voor verwarming, tot de moderne wetenschap en technologie, schitteren verschillende soorten basismaterialen van koolstof. Het gebruik van koolstof is breed en verstrekkend. Mensen vragen vaak: wat zijn de toepassingen van koolstof? Dit artikel gaat dieper in op het gebruik van koolstof op een aantal gebieden, waaronder energie, materiaalwetenschap, chemische industrie, biomedische en andere gebieden.

Het gebruik van koolstof op het gebied van energie

Carbon in fossiele brandstof

Fossiele brandstoffen zijn een van de belangrijkste vormen van koolstof op het gebied van energie. Steenkool, olie en gas zijn veelgebruikte energiebronnen in ons dagelijks leven. Ze bevatten veel koolstof. Steenkool bijvoorbeeld wordt voornamelijk gevormd door de lange geologische processen van oude plantenresten, met een hoog koolstofgehalte. Wanneer steenkool brandt, reageren koolstof en zuurstof en komt er veel warmte-energie vrij voor het opwekken van elektriciteit, verwarming, enz. Het is een meer traditioneel gebruik van koolstof op het gebied van energie. Deze verbrandingsmethode produceert echter ook een grote hoeveelheid kooldioxide en andere gassen uit de temperatuurkamer. Deze hebben een bepaalde impact op het milieu.

• Nieuwe koolstof-energiematerialen

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie komen er geleidelijk nieuwe koolstofenergiematerialen op. Materialen zoals koolstofnanobuizen hebben bijvoorbeeld een groot toepassingspotentieel op het gebied van batterijen. Ze kunnen de prestaties van de batterij verbeteren, de geleidbaarheid en stabiliteit van de batterij vergroten. En zo de energieopslagefficiëntie van de batterij verbeteren. Dit is van groot belang voor nieuwe energievoertuigen, de opslag van hernieuwbare energie en andere aspecten. En het is een innovatief gebruik van koolstof op het gebied van moderne energie.

Gebruikelijke toepassingen van koolstof in de materiaalwetenschap

• Metaalcarbide

Metaalcarbide is een verbinding gevormd door koolstof en metaalelementen, die uitstekende fysieke eigenschappen heeft. Zoals een hoge hardheid en een hoog smeltpunt. Wolfraamcarbide wordt bijvoorbeeld veel gebruikt bij de vervaardiging van gereedschappen, mallen enzovoort. Deze gereedschappen spelen een belangrijke rol in de mechanische verwerking en andere industrieën. Het kan effectief snijden en vormen verschillende metalen materialen, dat is een van de belangrijke toepassingen van koolstof in de materiaalkunde.

• Materiaal koolstofvezel

Koolstofvezel is een soort vezel met hoge sterkte en hoge modulus, met een koolstofgehalte van meer dan 90%. Het gewicht is licht en sterk. Het wordt veel gebruikt in de ruimtevaart, sportuitrusting en andere gebieden. Bij de productie van vliegtuigen kan het gebruik van koolstofvezelmaterialen het gewicht van het vliegtuig verminderen. Dit verbetert de efficiëntie van de vlucht. In de sport kunnen badmintonrackets, tennisrackets en andere uitrustingen gemaakt van koolstofvezel zorgen voor een betere flexibiliteit en bruikbaarheid. Dit is populair bij sporters.

• Koolstofzwarte materialen

Koolstof zwart materialen zijn onmisbaar in de moderne industrie. In de rubberindustrie is carbonzwart een belangrijk versterkingsmiddel. Na toevoeging van carbon black aan rubberproducten, zoals banden, zijn de slijtvastheid, scheurvastheid en sterkte sterk verbeterd. En het kan zich aanpassen aan verschillende complexe wegomstandigheden en rijomstandigheden. Bij de productie van inkt wordt carbon black gebruikt als pigment om de inkt een goede zwartheid en dekkracht te geven. Dit zorgt voor de heldere kleur en het duidelijke beeld van het drukwerk.

• Koolborstel

Koolborstels spelen een sleutelrol in elektrische apparatuur. In de motor is de koolborstel verantwoordelijk voor het doorgeven van de externe elektrische stroom naar de rotorwikkelingen. Zo kan de motor normaal werken. De koolborstel heeft een goed elektrisch geleidingsvermogen en zelfsmering. Dus in het proces van hoge-snelheidswrijving met de commutator, kan het de stabiele overdracht van stroom garanderen. En het kan ook slijtage verminderen en de levensduur van de motor verlengen. Het wordt veel gebruikt in veel elektrische apparatuur zoals elektrisch gereedschap, industriële motoren en generatoren.

Het gebruik van koolstof in de chemie

Carbon in organische synthese

In de organische chemische synthese is koolstof het kernelement. Veel organische verbindingen kunnen niet worden gesynthetiseerd zonder koolstof. Door de vorming van koolstof-koolstofverbindingen kunnen bijvoorbeeld allerlei complexe organische moleculen worden gesynthetiseerd. Zoals medicijnen, parfums, kunststoffen, enzovoort. Veel gangbare kunststoffen, zoals polyethyleen, polypropyleen, enz., zijn op koolstof gebaseerde polymeerverbindingen. En deze kunststoffen worden op grote schaal gebruikt in het dagelijks leven, van verpakkingsmateriaal tot huishoudelijke artikelen.

• Actieve koolmaterialen

Actieve kool is een koolstofmateriaal met een sterk ontwikkelde poriënstructuur. En het specifieke oppervlak is zeer groot. In de chemische industrie wordt actieve kool voornamelijk gebruikt voor adsorptie en scheiding. Bijvoorbeeld in het waterbehandelingsproces, actieve kool kan schadelijke stoffen in het water absorberen en zo de waterkwaliteit zuiveren. Wat luchtzuivering betreft, kan actieve kool ook schadelijke gassen zoals formaldehyde, benzeen, enz. adsorberen. Het voorziet mensen van een gezond binnenklimaat. Dit is een van de belangrijke toepassingen van koolstof in het dagelijks leven.

Op het gebied van geneeskunde

Biocarbon materiaal

Biokoolstofmateriaal heeft een goede biocompatibiliteit en wordt veel gebruikt in weefselmanipulatie en andere gebieden. Biokoolstofmaterialen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt als steigermateriaal om cellen te helpen groeien en weefsel te repareren. Het kan de micro-omgeving van menselijk weefsel simuleren en de regeneratie van beschadigd weefsel bevorderen. En het kan nieuwe ideeën en methoden voor medische behandelingen opleveren.

• Medicijndrager op basis van koolstof

Koolstofnanomaterialen kunnen ook worden gebruikt als dragers van geneesmiddelen. Door de unieke fysische en chemische eigenschappen kunnen ze effectief geneesmiddelen laden en een gerichte toediening van geneesmiddelen bereiken. Dit helpt het therapeutische effect van medicijnen te verbeteren en de bijwerkingen van medicijnen op normale weefsels te verminderen. En het heeft een groot potentieel bij de behandeling van ziekten zoals kanker.

Het gebruik van koolstof op andere gebieden

In landbouw

In de landbouw is de rol van koolstof niet te onderschatten. Organische meststoffen zijn bijvoorbeeld rijk aan koolstof. Dit kan de bodemstructuur verbeteren, de vruchtbaarheid van de bodem verhogen en de groei van gewassen bevorderen. Daarnaast kan kooldioxide in een bepaalde concentratie als gasmeststof worden gebruikt om de efficiëntie van de fotosynthese van planten te verbeteren. Hierdoor neemt de opbrengst van gewassen toe.

In kunst en cultuur

Van oude houtskoolschilderijen tot moderne koolstofzwarte pigmenten, koolstof heeft een lange geschiedenis in kunst en cultuur. Houtskool is een veelgebruikt hulpmiddel bij het schilderen, waarmee rijke lijnen en tinten kunnen worden geproduceerd. Carbon black wordt veel gebruikt in inkt, verf en op andere gebieden om kleur en textuur toe te voegen aan kunstwerken en afdrukken.

Toepassingen van koolstof in het dagelijks leven

In het dagelijks leven wordt koolstof verwerkt in allerlei goede dingen, zoals hengels en toner. Koolstofvezel hengels zijn favoriet bij visvrienden. De traditionele hengel is vaak zwaar, gemakkelijk op te vouwen en andere korte plank. Het is overwonnen door koolstofvezel. Het lichte gewicht, vissen vrienden te houden voor een lange tijd niet moe. Hoge sterkte, kan gemakkelijk omgaan met grote vissen trekken. Goede elasticiteit, gevoelige signaaloverdracht wanneer de vis de haak bijt, krachtige buffer, vermindert lopende vissen, maakt het vissen aangenamer.

Toner speelt een belangrijke rol bij het afdrukken op kantoor. In laserprinters en kopieerapparaten zijn de tonerdeeltjes fijn en uniform. En de elektrische geleidbaarheid en absorptie zijn goed. Tijdens het werken wordt de statische elektriciteit geadsorbeerd aan de gevoelige drum, beeldvorming op basis van het signaal. Vervolgens wordt het papier overgebracht en met warmte gefixeerd, zodat het tekstbeeld duidelijk wordt weergegeven. Studenten drukwerk, kantoordocumenten verwerking professionals, enz., zijn onlosmakelijk verbonden met de toner. Het zorgt voor soepele papierinformatie en is de dagelijkse leerassistent op kantoor.

De toepassingen van verschillende allotropen van koolstof

Grafiet

Grafiet is een veel voorkomende allotroop van koolstof en heeft veel toepassingen. In schrijfwaren wordt grafiet gebruikt voor potloodstiften. De zachte textuur kan duidelijke sporen achterlaten op het papier, wat handig is voor mensen om te schrijven en tekenen. De smeereigenschappen van grafiet maken het een uitstekend smeermiddel. In de machine-industrie wordt het vaak gebruikt om de wrijving tussen machineonderdelen te verminderen en de werking en levensduur van apparatuur te verbeteren. Op het gebied van elektrodematerialen worden grafietelektroden veel gebruikt in industriële processen zoals het elektrolytisch smelten van aluminium en staal vanwege hun goede elektrische geleidbaarheid en hoge temperatuurbestendigheid. En ze worden gebruikt als geleidend medium in elektrolytische cellen om chemische reacties te bevorderen.

Nanobuizen

Als nieuw type koolstofallotroop hebben koolstofnanobuizen verbazingwekkende toepassingsvooruitzichten. Op het gebied van miniaturisatie van elektronische apparaten kunnen koolstofnanobuizen worden gebruikt om transistors en geïntegreerde circuits op nanoschaal te maken. De uitstekende elektrische prestaties kunnen een hogere elektronmigratiesnelheid en een lager stroomverbruik bereiken. Verwacht wordt dat dit de verdere ontwikkeling van elektronische informatietechnologie zal bevorderen. Dus elektronische producten zijn meer geminiaturiseerd en hoge prestaties. Op het gebied van materiaalversterking kan het toevoegen van koolstofnanobuizen aan matrixmaterialen zoals polymeren, metalen of keramiek de sterkte, taaiheid en stijfheid van het materiaal aanzienlijk verbeteren. Door bijvoorbeeld koolstofnanobuizen toe te voegen aan luchtvaartcomposieten kan de slagvastheid van het materiaal verder worden verbeterd. En het garandeert de veilige werking van vliegtuigen in extreme omgevingen.

Conclusie

Koolstof is een belangrijk element dat in alle aspecten van ons leven wordt gebruikt. Van traditionele fossiele brandstoffen op energiegebied tot nieuwe energiematerialen. Van verschillende hoogwaardige materialen in de materiaalwetenschap tot organische synthese en adsorptiematerialen in de chemische industrie. Daarnaast speelt koolstof een onvervangbare rol, van weefselherstel in de biomedische sector en dragers van medicijnen tot toepassingen in de landbouw en kunst en cultuur.