O que é grafite coloidal?

No campo da ciência dos materiais, o grafite coloidal se destaca por suas propriedades exclusivas e ampla aplicação. E se tornou o foco da pesquisa científica e da engenharia. Ele é diferente do grafite tradicional e de outros materiais, do micro ao macro, e é indispensável na indústria moderna e nos campos de alta tecnologia. Uma compreensão profunda do grafite favorece a utilização do material e também pode servir de inspiração para a pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais.

Definição básica e composição do grafite coloidal

O grafite coloidal é essencialmente um sistema coloidal de grafite altamente disperso, composto de partículas de grafite uniformemente dispersas em um meio de dispersão específico. O grafite é uma fase dispersa, e o meio de dispersão é a água, solventes orgânicos, etc.

Como um alótropo do carbono, o grafite tem uma estrutura em camadas, os átomos de carbono na camada formam uma rede planar hexagonal com ligações covalentes. E suas camadas são influenciadas por forças fracas de van der Waals. Isso confere ao grafite propriedades exclusivas e estabelece a base para o desempenho do grafite coloidal. No grafite coloidal, o tamanho da partícula de grafite está na categoria coloidal de 1-1000 nanômetros. Após tratamento especial e processo de dispersão, a suspensão estável forma uma solução ou suspensão uniforme e estável. Isso combina as características do grafite e as propriedades especiais do coloidal, oferecendo a possibilidade de muitos campos de aplicação.

Propriedades exclusivas do grafite coloidal

Condutividade elétrica

O grafite tem uma estrutura em camadas e as ligações covalentes entre os átomos de carbono fazem com que cada camada tenha elétrons de valência em movimento livre. Isso é semelhante ao gás de elétrons livres do metal, o que lhe confere boa condutividade elétrica. Após a coloidal, mesmo que as partículas estejam dispersas, os elétrons livres ainda podem transferir carga entre as partículas e os íons do meio dispersante. Isso permite que o grafite coloidal mantenha uma excelente condutividade elétrica como um todo. E pode ser amplamente utilizado na fabricação de revestimentos condutores, materiais de eletrodos e outros campos eletrônicos.

Lubricidade

Devido à estrutura em camadas do grafite, a força de van der Waals entre as camadas é fraca. Cada camada é fácil de deslizar relativamente, o que é naturalmente lubrificado, e o grafite coloidal também mantém essa característica. Quando aplicado à superfície de atrito, as partículas de grafite formam uma película lubrificante, reduzindo o coeficiente de atrito e o desgaste. Sua alta dispersão pode ser distribuída uniformemente em superfícies complexas, proporcionando uma lubrificação abrangente e duradoura. Além disso, apresenta vantagens significativas em condições mecânicas especiais, como alta temperatura e alta carga.

Estabilidade térmica

O grafite é um material resistente a altas temperaturas. Mesmo em temperaturas de milhares de graus Celsius, a estrutura cristalina permanece relativamente estável. Depois de chegar ao grafite coloidal, ele pode manter um desempenho estável, desde que o meio de dispersão possa suportar a temperatura correspondente. Portanto, você pode usá-lo em cenários com requisitos de alta estabilidade térmica. Por exemplo, vedação de fornos de alta temperatura e dissipação de calor de equipamentos de alta temperatura.

Estabilidade da dispersão

Com a ajuda de um processo de dispersão especial e de um dispersante adequado, as partículas de grafite podem ser dispersas de maneira uniforme e estável no meio de dispersão. E elas não podem se aglomerar e precipitar por muito tempo, o que garante que o desempenho do grafite coloidal seja consistente quando armazenado e usado. É conveniente para revestimento, pulverização e outras operações de processamento, e pode ser fixado uniformemente em várias superfícies da matriz. Para formar um revestimento ou filme com desempenho uniforme e atender às necessidades de uniformidade do material em diferentes cenários.

Como fazer grafite coloidal?

Método de esmerilhamento mecânico

Esse é um processo comum de preparação de grafite coloidal. Por meio de um moinho de bolas, moinho de areia e outros equipamentos, as matérias-primas de grafite são moídas por muito tempo e as partículas grandes são esmagadas gradualmente até a faixa de tamanho coloidal. Durante a moagem, a adição de uma quantidade adequada de dispersante e auxiliar de moagem pode evitar que as partículas de grafite se reúnam e melhorar a eficiência da moagem. Seu equipamento é simples, o custo não é alto, portanto, é adequado para produção em larga escala. No entanto, o processo de moagem é fácil de misturar impurezas, o que afetará a pureza e o desempenho do grafite coloidal. Além disso, é difícil controlar com precisão a distribuição do tamanho das partículas de grafite, o que resulta em uma qualidade desigual do produto.

Método de dispersão ultrassônica

Ele é usado para dispersar partículas de grafite por meio de cavitação ultrassônica. Quando a onda ultrassônica se propaga no meio de dispersão, ela gera áreas de alta pressão e baixa pressão para formar bolhas de cavitação. As bolhas entram em colapso rapidamente sob alta pressão, criando ondas de choque e microjatos. Isso exerce uma forte força de cisalhamento sobre as partículas de grafite, fazendo com que elas se quebrem e se dispersem uniformemente. O método pode alcançar uma dispersão de alta eficiência em um curto espaço de tempo e obter grafite coloidal com distribuição estreita de tamanho de partícula. Entretanto, o custo do equipamento é alto, a produção é baixa e há certas limitações na produção em massa.

Método de esfoliação química

Esse método destrói ou enfraquece a ligação química entre as camadas de grafite por meio de uma reação química. Assim, a estrutura em camadas do grafite é removida para formar uma folha de grafeno de camada única ou multicamadas. Em seguida, ela é dispersa em grafite coloidal no meio de dispersão. O método comum é o REDOX. Em primeiro lugar, oxidar grafite com um agente oxidante forte, introduzindo grupos funcionais contendo oxigênio para aumentar o espaçamento entre as camadas. Em seguida, remova os grupos funcionais por reação de redução para obter grafeno. Esse método pode controlar com precisão o número e o tamanho das camadas de grafite, e o grafite coloidal preparado é de alta qualidade e excelente desempenho. Entretanto, o processo é complicado, os reagentes químicos apresentam risco de poluição ambiental e o custo de produção é alto.

Campos de aplicação do grafite coloidal

Campo eletrônico

É possível usar amplamente o grafite coloidal no campo eletrônico devido à sua excelente condutividade elétrica e usinabilidade. Por exemplo, ele pode ser usado para a fabricação de tinta condutora. Por meio da tecnologia de impressão no substrato para produzir circuitos, eletrodos e outros componentes, ela é aplicada a dispositivos eletrônicos flexíveis e outros produtos. Também pode ser usado como aditivo de embalagem eletrônica para melhorar a condutividade elétrica e a dissipação de calor. Além disso, ele garante a operação estável de equipamentos eletrônicos.

Área de engenharia mecânica

No campo da engenharia mecânica, pode ser usado como lubrificante e material de revestimento resistente ao desgaste. Para peças de fricção de equipamentos, ele pode reduzir o atrito, reduzir o desgaste e melhorar a eficiência e a vida útil. O revestimento na superfície das peças pode formar um revestimento resistente ao desgaste, o que aumenta a dureza e a resistência ao desgaste. Especialmente adequado para alta temperatura, alto vácuo e outros ambientes mecânicos especiais.

Campo de energia

No campo da energia, ele desempenha um papel fundamental em baterias e células solares. Como material de eletrodo negativo em baterias de íons de lítio, ele favorece a atividade dos íons de lítio e melhora a carga e a descarga e a vida útil do ciclo. Você pode usá-lo para preparar eletrodos condutores transparentes em células solares para melhorar a eficiência da conversão fotoelétrica. E também pode ser usado em supercapacitores, o que melhora o desempenho do armazenamento de energia.

Outros campos

No setor aeroespacial, devido à sua boa estabilidade térmica e lubrificação, pode ser usado para lubrificação de componentes de alta temperatura do motor e proteção térmica da aeronave. Na biomedicina, ele é tratado como um transportador de medicamentos. Também na área de construção, pode ser adicionado à tinta, conferindo-lhe condutividade elétrica e propriedades antiestáticas, evitando a adsorção de poeira.

Conclusão

O grafite coloidal tem propriedades exclusivas e amplas perspectivas de aplicação. E desempenha um papel importante em eletrônicosO material pode ser usado em vários campos, como máquinas, energia e outros, devido às suas vantagens de condutividade elétrica e lubricidade. Ele pode ser preparado por moagem mecânica e outros processos para atender a diferentes necessidades. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, seu processo de preparação será continuamente otimizado e terá mais aplicações.

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