Эксфолиированный графит - полное руководство

С быстрым развитием материаловедения эксфолиированный графит, как новый углеродный материал, стал горячей точкой исследований. Благодаря своим превосходным характеристикам и широкому применению. Его уникальная структура обладает множеством характеристик и имеет большой потенциал во многих областях.

Что такое отшелушенный графит?

Эксфолиированный графит (ЭГ) - это вид графитового материала, изготовленного из природного чешуйчатого графита путем химической или электрохимической интеркаляционной обработки, а затем быстрого расширения при высокой температуре. Природный чешуйчатый графит имеет типичную слоистую кристаллическую структуру со слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, связывающими слои между собой. Под действием интеркалирующего агента некоторые небольшие молекулы или ионы могут быть вставлены между слоями графита, образуя интеркалирующие соединения графита. Когда интеркалированное соединение обрабатывается при высокой температуре, интеркалированный материал быстро разлагается и испаряется. Возникающая при этом сила расширения заставляет графитовый слой сильно расширяться в направлении, перпендикулярном слою. Таким образом, образуется рыхлый, пористый и червеобразный эксфолиированный графит.

Основные характеристики отшелушенного графита

Высокая удельная площадь поверхности:

Благодаря уникальной червеобразной пористой структуре он имеет большую удельную поверхность, обычно до 100-1000 м2/г. Это свойство открывает широкие возможности для его применения в адсорбции, катализе и других областях. Большое количество поверхностных активных участков может способствовать протеканию химических реакций и адсорбции веществ.

Хорошие адсорбционные характеристики:

Благодаря высокой удельной поверхности и богатой структуре пор, он обладает отличной адсорбционной способностью для различных веществ. (В том числе органических загрязнителей, ионов тяжелых металлов и молекул газа). Адсорбция в основном основана на физической адсорбции, и адсорбированный материал прикрепляется к поверхности пор. В то же время некоторые функциональные группы на его поверхности могут химически адсорбировать некоторые вещества для дальнейшего усиления адсорбционного эффекта.

Отличная гибкость и сжимаемость:

При сжатии внешней силой структура может быть деформирована до определенной степени и частично восстановлена после снятия внешней силы. Благодаря этой характеристике он находит широкое применение в уплотнительных материалах и других областях.

Хорошая термическая и химическая стабильность:

Он получается путем специальной обработки графита, наследуя некоторые превосходные свойства графита. Например, стабильные химические свойства при высоких температурах, не вступает в реакцию с большинством химических реагентов. В то же время он обладает высокой теплопроводностью, может быстро проводить тепло в определенном температурном диапазоне. Вы можете использовать его в теплообмене, теплоотдаче и других областях.

Хорошая электропроводность:

Графитовый слой внутри сохраняет хорошую электропроводность, а электроны могут более плавно перемещаться между слоями. Это свойство делает его потенциально перспективным для применения в области электроники, например, в качестве электродных материалов для аккумуляторов, материалов для электромагнитного экранирования и так далее.

Процесс приготовления отшелушенного графита

Выбор сырья

Природный чешуйчатый графит:

Природный чешуйчатый графит с высокой степенью кристалличности и большим размером чешуек обычно выбирается в качестве сырья для получения эксфолиированного графита. Его червеобразная структура, полученная после интеркаляции и расширения, является более полной, а свойства относительно лучше при большом размере чешуек. В то же время чистота графита также оказывает важное влияние на характеристики эксфолиированного графита. А высокая чистота графита может уменьшить негативное влияние примесей на его характеристики.

Интеркалирующий агент:

Выбор интеркалирующего агента является одним из ключевых звеньев в процессе приготовления. В качестве интеркаляторов обычно используются концентрированная серная кислота, концентрированная азотная кислота, перхлорная кислота и другие сильные окислительные кислоты. А также некоторые соли металлов, такие как нитрат железа, сульфат железа и так далее. Эти интеркаляторы могут вступать в реакцию с графитом при определенных условиях, в результате чего между слоями графита встраиваются небольшие молекулы или ионы. Различные интеркалирующие агенты по-разному влияют на эффект интеркаляции графита и его конечные свойства.

Этапы подготовки и ключевые технологии

Интеркаляционная обработка:

Смешайте природный чешуйчатый графит и интеркалирующий агент в определенной пропорции и перемешайте реакцию при соответствующей температуре. Взяв концентрированную серную кислоту в качестве интеркалирующего агента, медленно добавьте графит в концентрированную серную кислоту при низкой температуре (0-20 °C). И перемешивайте в течение определенного времени, чтобы способствовать полной интеркаляции молекул серной кислоты. Строгий контроль температуры и времени реакции очень важен, иначе графит подвержен чрезмерному окислению, что влияет на последующее расширение. Этот этап является ключевым для достижения эксфолиации графита, закладывая основу для высокотемпературного расширения.

Стирка и сушка:

После реакции интеркаляции промойте продукт, удалите остатки интеркаляционного агента и побочные продукты. Промойте до нейтрального состояния, а затем высушите, чтобы получить интеркаляционные соединения графита. Необходимо контролировать температуру и время сушки, чтобы предотвратить раннее разложение интеркаляционных соединений.

Высокотемпературное расширение:

Быстро поместите высушенный графитовый интеркаляционный компаунд в высокотемпературную печь при 800-1000 °C. Интеркаляторы быстро разлагаются и испаряются при высокой температуре, создавая мощную силу расширения. В результате вертикальный слой графита сильно расширяется, образуя расширенный графит. Быстрый нагрев является ключевым фактором, позволяющим интеркаляциям полностью разложиться за короткое время. В ходе специального процесса можно получить эксфолиированный расширенный графит с уникальной структурой и свойствами.

Применение отшелушенного графита

Защита окружающей среды

Очистка сточных вод

Он хорошо адсорбирует органические загрязнители, такие как нефть и фенолы, а также ионы тяжелых металлов. Вы можете использовать этот адсорбент для эффективной очистки воды.

Очистка отходящих газов

Он изготавливается в виде адсорбционных материалов и заполняется в оборудование. Он может поглощать вредные газы, такие как диоксид серы и оксиды азота в промышленных отходах, и уменьшать загрязнение окружающей среды.

Поле энергии

Материал электродов аккумулятора

Обладает хорошей проводимостью, большой удельной поверхностью, может использоваться в качестве материала отрицательного электрода в литий-ионных батареях. Для улучшения характеристик зарядки и разрядки аккумулятора и стабильности цикла. А его пористая структура способствует литий-ионный хранение и передача.

Материал для хранения водорода

Благодаря пористой структуре, после соответствующей обработки он обладает высокой емкостью для хранения водорода при определенных условиях. Ожидается, что он станет новым типом материала для хранения водорода и решит проблему хранения водородной энергии.

Промышленная сфера

Материал уплотнения

Обладая гибкостью и сжимаемостью, он стал идеальным уплотнительным материалом, в виде прокладки из отшелушенного графита. Вы можете сделать его в различных формах для труб, клапанов, сосудов под давлением и другого оборудования уплотнения, эффективно предотвратить утечку в суровых условиях.

Теплообменный материал

Благодаря хорошей термостабильности и теплопроводности, его можно использовать для производства теплообменников, чтобы ускорить теплопроводность. И повысить эффективность теплообмена в химической, энергетической и других отраслях промышленности.

Электронное поле

Материал для электромагнитного экранирования

Благодаря хорошей проводимости, вы можете использовать его в качестве электромагнитного экранирующего материала для корпусов оборудования, печатных плат и других деталей. Он может отражать и поглощать электромагнитные волны и уменьшать электромагнитное излучение.

Материал сенсора

Благодаря высокой удельной площади поверхности и поверхностной активности он обладает адсорбционными и ответными свойствами по отношению к определенным газам. Вы можете сделать из него газовый датчик для обнаружения концентрации вредных газов. В датчиках давления, влажности и других областях он также имеет потенциал применения. При подготовке чувствительных материалов для сенсоров уникальная структура и химические свойства эксфолиированного оксида графита могут повысить эффективность сенсоров.

Заключение

Эксфолиированный графит обладает уникальной структурой, отличными эксплуатационными характеристиками, высокой удельной поверхностью, хорошей адсорбцией, гибкостью, стабильностью и проводимостью. Он имеет большой потенциал во многих областях, таких как защита окружающей среды и энергетика. С улучшением процесса подготовки, его характеристики будут улучшаться, а стоимость снижаться. А будущие исследования также расширят область применения.