Применение углерода: необходимо знать

Углерод - элемент, который повсеместно встречается в нашей жизни. Его атомный номер - 6, а символ - c. Занимает важное место в периодической таблице. Начиная с древних времен, когда человек использовал древесный уголь для отопления, и заканчивая современной наукой и техникой, различные виды углеродных базовых материалов сияют яркими красками. Применение углерода широко и далеко идуще. Люди часто спрашивают: каковы области применения углерода? В этой статье мы подробно расскажем об использовании углерода в различных областях, включая энергетику, материаловедение, химическую промышленность, биомедицину и другие области.

Использование углерода в области энергетики

Cарбон в ископаемое топливо

Ископаемое топливо является одной из важнейших форм углерода в области энергетики. Уголь, нефть и газ - распространенные источники энергии в нашей повседневной жизни. Они содержат большое количество углерода. Уголь, например, в основном образуется в результате длительных геологических процессов из остатков древних растений, с высоким содержанием углерода. Когда уголь горит, углерод и кислород вступают в реакцию, выделяя большое количество тепловой энергии для производства электроэнергии, отопления и т. д. Это более традиционное использование углерода в энергетике. Однако при таком способе сжигания образуется большое количество углекислого газа и других газов температурной камеры. Они оказывают определенное воздействие на окружающую среду.

• Новые углеродные энергетические материалы

С развитием науки и техники постепенно появляются новые углеродные энергетические материалы. Например, такие материалы, как углеродные нанотрубки, имеют большой потенциал применения в области аккумуляторов. Они могут улучшить производительность батареи, повысить проводимость и стабильность батареи. И таким образом повысить эффективность хранения энергии в батарее. Это имеет большое значение для новых энергетических транспортных средств, хранения возобновляемой энергии и других аспектов. Это инновационное использование углерода в области современной энергетики.

Общие области применения углерода в материаловедении

• Карбид металла

Карбид металла - это соединение, образованное углеродом и металлическими элементами, которое обладает отличными физическими свойствами. Такие как высокая твердость и высокая температура плавления. Например, карбид вольфрама, он широко используется в производстве инструментов, пресс-форм и так далее. Эти инструменты играют ключевую роль в механической обработке и других отраслях промышленности. Он может эффективно резать и придавать форму различным металлическим материалам, что является одним из важных направлений использования углерода в материаловедении.

• Материал из углеродного волокна

Углеродное волокно - это вид высокопрочного и высокомодульного волокна с содержанием углерода более 90%. Его вес легкий и прочный. Оно широко используется в аэрокосмической промышленности, спортивном оборудовании и других областях. В самолетостроении использование материалов из углеродного волокна позволяет снизить вес самолета. Таким образом, повышается эффективность полета. В спорте ракетки для бадминтона, теннисные ракетки и другое оборудование, изготовленное из углеродного волокна, может обеспечить лучшую гибкость и работоспособность. Это пользуется популярностью у спортсменов.

• Углеродные материалы

Углеродная сажа Материалы незаменимы в современной промышленности. В резиновой промышленности сажа является важным армирующим веществом. После добавления сажи в резиновые изделия, такие как шины, их износостойкость, сопротивление разрыву и прочность значительно улучшились. И она может адаптироваться к различным сложным дорожным условиям и условиям вождения. При производстве чернил сажа используется в качестве пигмента для придания чернилам хорошей черноты и кроющей способности. Это обеспечивает яркий цвет и четкое изображение печатной продукции.

• Угольная щетка

Угольные щетки играют ключевую роль в электрооборудовании. В электродвигателе угольная щетка отвечает за прохождение внешнего электрического потока к обмоткам ротора. Таким образом, двигатель может работать нормально. Угольная щетка обладает хорошей электропроводностью и самосмазыванием. Поэтому в процессе высокоскоростного трения с коммутатором она может обеспечить стабильную передачу тока. Кроме того, она может уменьшить износ и продлить срок службы двигателя. Он широко используется во многих электрических устройствах, таких как электроинструменты, промышленные двигатели и генераторы.

Использование углерода в химии

Cарбон в органическом синтезе

В органическом химическом синтезе углерод является основным элементом. Многие органические соединения не могут быть синтезированы без углерода. Например, благодаря образованию углерод-углеродных связей можно синтезировать множество сложных органических молекул. Например, лекарства, ароматизаторы, пластмассы и т. д. Многие распространенные пластмассы, такие как полиэтилен, полипропилен и т.д., являются полимерными соединениями на основе углерода. Эти пластмассы широко используются в повседневной жизни, от упаковочных материалов до предметов домашнего обихода.

• Материалы из активированного угля

Активированный уголь - это углеродный материал с высокоразвитой структурой пор. Его удельная поверхность очень велика. В химической промышленности активированный уголь в основном используется для адсорбции и разделения. Например, в процессе очистки воды, активированный уголь может поглощать вредные вещества в воде, тем самым очищая ее качество. Что касается очистки воздуха, то активированный уголь также может адсорбировать вредные газы, такие как формальдегид, бензол и т. д.. Это обеспечивает людям здоровую атмосферу в помещении. Это одно из важных применений угля в повседневной жизни.

В области медицины

Bматериал иокарбон

Биоуглеродные материалы обладают хорошей биосовместимостью и широко используются в тканевой инженерии и других областях. Например, биоуглеродные материалы могут использоваться в качестве строительных лесов, помогающих клеткам расти и восстанавливать ткани. Он может имитировать микросреду человеческой ткани, способствовать регенерации поврежденных тканей. А это может дать новые идеи и методы для лечения.

• Носитель лекарств на основе углерода

Углеродные наноматериалы также могут использоваться в качестве носителей лекарств. Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам, они могут эффективно нагружать лекарственные препараты и обеспечивать их адресную доставку. Это позволяет улучшить терапевтический эффект лекарств, уменьшить побочные эффекты лекарств на нормальные ткани. И это имеет большой потенциал в лечении таких заболеваний, как рак.

Использование углерода в других областях

В сельское хозяйство

В сельском хозяйстве роль углерода нельзя недооценивать. Например, органические удобрения богаты углеродом. Это может улучшить структуру почвы, повысить ее плодородие и способствовать росту сельскохозяйственных культур. Кроме того, углекислый газ при определенной концентрации можно использовать в качестве газового удобрения для повышения эффективности фотосинтеза растений. Тем самым повышается урожайность сельскохозяйственных культур.

В искусстве и культуре

Начиная с древних картин, написанных древесным углем, и заканчивая современными угольными пигментами, уголь имеет долгую историю в искусстве и культуре. Древесный уголь - распространенный инструмент для рисования, который позволяет получать насыщенные линии и тона. Угольная сажа широко используется в чернилах, красках и других областях для придания цвета и текстуры произведениям искусства и отпечаткам.

Применение углерода в повседневной жизни

В повседневной жизни карбон входит в состав различных полезных вещей, таких как удочки и тонер. Удочки из углеродного волокна предпочитают друзья-рыболовы. Традиционная удочка часто бывает тяжелой, легко складывается и имеет другие недостатки. Ее преодолевает углеродное волокно. Его легкий вес, друзья-рыболовы держат в течение длительного времени, не уставая. Высокая прочность, легко справляется с вываживанием крупной рыбы. Хорошая эластичность, чувствительная передача сигнала, когда рыба кусает крючок, мощный буфер, уменьшает бег рыбы, делает рыбалку более приятной.

Тонер играет важную роль в офисной печати. В лазерных принтерах и копирах частицы тонера мелкие и однородные. А электропроводность и абсорбция хороши. При работе статическое электричество адсорбируется на чувствительном барабане, формируя изображение в соответствии с сигналом. А затем переносится на бумагу и подвергается тепловому закреплению, благодаря чему текстовое изображение получается четким. Студенты, печатающие материалы, специалисты по обработке офисных документов и т.д., неотделимы от тонера. Он обеспечивает бесперебойную подачу информации на бумагу, является ежедневным помощником в обучении офиса.

Применение различных аллотропов углерода

Графит

Графит - распространенный аллотроп углерода, имеющий множество применений. В письменных принадлежностях из графита делают грифели для карандашей. Его мягкая текстура позволяет оставлять четкие следы на бумаге, что удобно для письма и рисования. Смазочные свойства графита делают его отличным смазочным материалом. В машиностроении он часто используется для уменьшения трения между деталями машин и повышения эффективности работы и срока службы оборудования. В области электродных материалов графитовые электроды широко используются в таких промышленных процессах, как электролитическая выплавка алюминия и стали, благодаря их хорошей электропроводности и высокой термостойкости. Они также используются в качестве проводящей среды в электролитических ячейках для стимулирования химических реакций.

Нанобутылки

Как новый тип углеродного аллотропа, углеродные нанотрубки демонстрируют удивительные перспективы применения. С точки зрения миниатюризации электронных устройств, углеродные нанотрубки можно использовать для создания транзисторов и интегральных схем наноразмера. Их превосходные электрические характеристики позволяют достичь более высокой скорости миграции электронов и снизить энергопотребление. Ожидается, что это будет способствовать дальнейшему развитию электронных информационных технологий. Таким образом, электронные продукты станут более миниатюрными и высокопроизводительными. В области суперупрочнения материалов добавление углеродных нанотрубок в матричные материалы, такие как полимеры, металлы или керамика, может значительно повысить прочность, вязкость и жесткость материала. Например, добавление углеродных нанотрубок в аэрокосмические композиты позволяет дополнительно повысить ударопрочность материала. А это обеспечивает безопасную эксплуатацию самолетов в экстремальных условиях.

Заключение

Углерод, как важный элемент, используется во всех сферах нашей жизни. От традиционного ископаемого топлива в энергетике до новых энергетических материалов. От различных высокоэффективных материалов в материаловедении до органического синтеза и адсорбционных материалов в химической промышленности. Кроме того, от восстановления тканей в биомедицине и переноса лекарств до применения в сельском хозяйстве, искусстве и культуре, углерод играет незаменимую роль.