Углеродные материалы - это общий термин для обозначения твердых материалов на основе углерода. Обычно они состоят из микрокристаллов графита. Существует множество типов углеродных материалов, обладающих превосходными характеристиками и широкими возможностями применения.
Оглавление
Toggle
I. Свойства углеродных материалов
Физические свойства
Углеродные материалы обладают такими физическими свойствами, как яркий свет Пропускание света, высокая электропроводность, высокая теплопроводность и высокая коррозионная стойкость. Его светопропускание может быть таким же, как у стекла, а электро- и теплопроводность - такими же, как у меди и алюминия.
Химические свойства
Углеродный материал - это коррозионностойкий материал с высокой химической стабильностью и хорошей коррозионной стойкостью к большинству кислот, щелочей и солей.
II... Подробное объяснение основных типов
Графит
Графит - это слоистая структура из атомов углерода, состоящая из плоскостей гексагональной решетки. Каждый атом углерода имеет четыре свободных электрона. Графит обладает хорошей электро- и теплопроводностью, подходит для изготовления электроды, теплообменники и другие области. Графит можно разделить на природный графит и искусственный графит, оба из которых имеют схожую структуру, поэтому их физические и химические свойства схожи, но они совершенно разные в применении.
Активированный уголь
Активированный уголь - это вид специально обработанного угля, с хорошо развитой структурой пор и большой площадью поверхности. Благодаря сильной адсорбционной способности, большой удельной поверхности, развитой внутренней структуре пор, низкой насыпной плотности и другим характеристикам, он широко используется для очистки воды, сероочистки, денитрификации, восстановления растворителя, аварийной адсорбции, удаления ртути и во многих других областях. В то же время активированный уголь часто используется в качестве катализатора или носителя катализатора в таких химических реакциях, как подготовка и риформинг газа.
Углеродная нанотрубка
Углеродная нанотрубка - это одномерный наноматериал с превосходными свойствами высокой прочности и высокой электро- и теплопроводности. Сфера ее применения охватывает в основном индустрию новых энергетических транспортных средств, цифровую индустрию 3C, полупроводниковую промышленность, энергетическую инфраструктуру и другие области. Спрос на крупномасштабное коммерческое применение углеродных нанотрубок в основном приходится на литиевые батареи и проводящие пластики, из которых более 80% спроса приходится на литиевые батареи.
Графен
Графен Это двумерный углеродный материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде сот. Он является основным структурным элементом многих других гетероморфов углерода, таких как графит, алмаз, карбон, углеродные нанотрубки и фуллерены. Обладая превосходными оптическими, механическими и электрическими свойствами, он находит широкое применение в микро-нано обработке, материаловедении, энергетике, доставке лекарств и биомедицине, и считается перспективным материалом в ближайшие десятилетия.
Углеродное волокно
Углеродное волокно - это высокопрочный, высокомодульный волокнистый материал с содержанием углерода более 90%. Он образуется в результате растрескивания и карбонизация органических волокон, таких как полиакрилонитрил (или асфальт и вискоза), в высокотемпературной среде. Оно обладает такими характеристиками, как легкий вес, высокая прочность, высокий модуль упругости, устойчивость к высоким температурам и коррозии. Это делает углеродное волокно стратегическим новым материалом в современной сфере высоких технологий и известным как "король новых материалов". Углеродные волокна могут быть классифицированы различными способами, их можно разделить на углеродные волокна на основе полиакрилонитрила (PAN-CF), на основе вискозы (Rayon-CF) и на основе асфальта (Pitch-CF) в соответствии с различными видами сырья.
III. Области применения
Новое энергетическое поле:
Углеродные материалы имеют широкий спектр применения в области новой энергетики. Например, углеродные матричные композиты могут использоваться для создания высокоэффективных батарей и суперконденсаторов. Графен можно использовать для изготовления солнечных батарей и лопастей ветряных электростанций. С непрерывным развитием новых энергетических технологий перспективы применения углеродных материалов в области новой энергетики будут расширяться.
Автомобиль:
Углеродные материалы используются в автомобильном секторе для изготовления легких компонентов и высокоэффективных деталей двигателей. Например, композиты из углеродного волокна могут использоваться для изготовления кузовов и деталей автомобилей, чтобы улучшить их легкость и высокие эксплуатационные характеристики. Графен также может использоваться для изготовления высокоэффективных топливных элементов, улучшающих мощность и экономичность автомобилей.
Аэрокосмическая промышленность:
Углеродные материалы могут использоваться в аэрокосмической отрасли для создания высокопроизводительных самолетов и космических аппаратов. Например, композиты из углеродного волокна можно использовать для изготовления легких крыльев и фюзеляжей, чтобы улучшить их характеристики. Графен также может быть использован для создания высокоэффективных авиационных двигателей, улучшающих мощность и экономические характеристики самолетов.
Промышленность:
Углеродные материалы используются в промышленности для изготовления высокопроизводительных компонентов и инструментов. Например, композиты из углеродного волокна могут использоваться для изготовления современных механических деталей, промышленных труб и т. д. для повышения их производительности и срока службы. Кроме того, графен можно использовать для изготовления высокоэффективных насосов и клапанов, чтобы повысить эффективность промышленного производства.
Медицинская сфера
Углеродные материалы - идеальные материалы для хирургических имплантатов. Из них успешно изготавливаются такие имплантаты, как искусственные кости, искусственные бедра, коленные суставы и сердечные клапаны.
Полупроводники
Углеродные материалы могут использоваться для производства полупроводниковых компонентов теплового поля, электродных материалов, теплоотводящих подложек, корпусов, контрольных датчиков и т.д.
Фотоэлектрическое поле
Углеродные материалы являются импортозамещением изделий из высокочистого изостатического графита. Поэтому углеродные материалы были успешно реализованы в системе фотоэлектрического теплового поля и широко используются в качестве длиннокристаллического расходного материала в фотоэлектрическом тепловом поле. Например, тигли, отводные цилиндры, изоляционные цилиндры и т.д.
Энергетический сектор
Углеродные материалы имеют широкий спектр применения в энергетике. Например, графен можно использовать в качестве электродного материала для солнечных батарей и литиевых аккумуляторов, чтобы повысить плотность энергии и скорость зарядки и разрядки батарей. Углеродные нанотрубки можно использовать в качестве материалов для хранения водорода, чтобы повысить объем и скорость его хранения. Углеродное волокно может быть использовано в качестве носителя катализатора для топливных элементов для повышения активности и стабильности катализатора.
Экологическая сфера
Углеродные материалы также имеют широкий спектр применения в области экологии. Например, графен можно использовать в области водоочистки и очистки воздуха, чтобы повысить эффективность очистки и очищающий эффект. Углеродные нанотрубки могут использоваться для адсорбции и удаления вредных веществ в воде и воздухе. Углеродное волокно можно использовать для изготовления экологических датчиков, контролирующих уровень содержания химических веществ и загрязнителей в окружающей среде.
V. Перспективы на будущее
Индустрия новых материалов является важной поддержкой для таких высокотехнологичных областей, как биомедицина, информационные технологии, новая энергетика и углеродные материалы. Как важный компонент, углеродные материалы занимают стратегическое положение. В последние годы семейство углеродных материалов расширилось и включает в себя алмаз, углеродное волокно, углерод/углеродные композиты, графит, твердый углерод, графен, углеродные нанотрубки, углеродные точки, ...... Сценарии их применения также постоянно расширяются, ускоряя инновации в экологической цепочке различных отраслей промышленности. Кроме того, начиная с 2024 года, экономика низкогорья стремительно растет. Будучи ключевым материалом в верхней части промышленной цепочки, углеродное волокно и композитные материалы из него внесут важный вклад в развитие экономики низкогорья. Поэтому у нас есть основания полагать, что перспективы отрасли углеродных материалов очень широки.