Karbon Malzemeler: Kapsamlı Bir Kılavuz

Karbon malzemeler, karbon bazlı katı malzemeler için kullanılan genel bir terimdir. Genellikle grafit mikro kristallerinden oluşurlar. Mükemmel performansa ve geniş uygulama olanaklarına sahip birçok karbon malzeme türü vardır.

I. Karbon malzemelerin özellikleri

Fiziksel özellikler

Karbon malzemeler aşağıdaki gibi fiziksel özelliklere sahiptir yüksek ışık geçirgenliği, yüksek elektrik iletkenliği, yüksek ısı iletkenliği ve yüksek korozyon direnci. Işık geçirgenliği cam kadar iyi olabilir ve elektrik ve ısı iletkenliği bakır ve alüminyum kadar iyi olabilir.

Kimyasal özellikler

Karbon malzeme, yüksek kimyasal stabiliteye ve çoğu asit, alkali ve tuza karşı iyi korozyon direncine sahip, korozyona dayanıklı bir malzemedir.

II. Ana tiplerin detaylı açıklaması

Grafit

Grafit, altıgen ızgara düzlemlerinden oluşan karbon atomlarının katmanlı bir yapısıdır. Her karbon atomunun dört serbest elektronu vardır. Grafit iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir ve aşağıdaki malzemelerin yapımına uygundur elektrotlar, ısı eşanjörleri ve diğer alanlar. Grafit, her ikisi de benzer yapılara sahip olan doğal grafit ve yapay grafit olarak ikiye ayrılabilir, bu nedenle fiziksel ve kimyasal özellikleri benzerdir, ancak uygulamada oldukça farklıdırlar.

Aktif karbon

Aktif karbon, iyi geliştirilmiş bir gözenek yapısına ve geniş bir yüzey alanına sahip, özel olarak işlenmiş bir karbon türüdür. Güçlü adsorpsiyon kapasitesi, geniş spesifik yüzey alanı, gelişmiş iç gözenek yapısı, düşük yığın yoğunluğu ve diğer özellikleri nedeniyle, su arıtma, kükürt giderme, denitrifikasyon, geri kazanım çözücüsü, acil durum adsorpsiyonu, cıva giderme ve diğer birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, aktif karbon genellikle gaz hazırlama ve reforming gibi kimyasal reaksiyonlarda katalizör veya katalizör taşıyıcı olarak kullanılır.

Karbon nanotüp

Karbon nanotüp, yüksek mukavemet ve yüksek elektrik ve termal iletkenlik gibi mükemmel özelliklere sahip tek boyutlu nanomalzemelerdir. Ve aşağı akım uygulamaları esas olarak yeni enerji araç endüstrisini, 3C dijital endüstrisini, yarı iletken endüstrisini, güç altyapısını ve diğer alanları kapsamaktadır. Karbon nanotüpün büyük ölçekli ticari uygulamalarına yönelik talep esas olarak lityum piller ve iletken plastikler alanından gelmektedir ve bu talebin 80%'den fazlası lityum pillerden gelmektedir.

Grafen

Grafen bal peteği şeklinde düzenlenmiş tek bir karbon atomu katmanından oluşan iki boyutlu bir karbon malzemedir. Grafit, elmas, karbon, karbon nanotüpler ve fullerenler gibi karbonun diğer birçok heteromorfunun temel yapısal unsurudur. Mükemmel optik, mekanik ve elektriksel özellikleriyle, mikro-nano işleme, malzeme bilimi, enerji, ilaç dağıtımı ve biyotıp alanlarındaki uygulama ön planı hayati önemden daha fazladır ve önümüzdeki yıllarda umut verici bir malzeme olarak kabul edilmektedir.

Karbon fiber

Karbon fiber, karbon içeriği 90%'den fazla olan yüksek mukavemetli, yüksek modüllü bir fiber malzemedir. Çatlama ile oluşur ve karbonizasyon Poliakrilonitril (veya asfalt ve viskon) gibi organik elyafların yüksek sıcaklık ortamında. Hafiflik, yüksek mukavemet, yüksek modül, yüksek sıcaklık direnci ve korozyon direnci özelliklerine sahiptir. Bu, karbon elyafı modern yüksek teknoloji alanında stratejik yeni bir malzeme haline getirir ve "yeni malzemelerin kralı" olarak bilinir. Karbon fiberler çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir ve farklı hammaddelere göre poliakrilonitril bazlı (PAN-CF), viskon bazlı (Rayon-CF) ve asfalt bazlı karbon fiberler (Pitch-CF) olarak ayrılabilir.

III. Uygulama Alanları

Yeni enerji alanı:

Karbon malzemeler yeni enerji alanında geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Örneğin, karbon matrisli kompozitler yüksek verimli piller ve süper kapasitörler yapmak için kullanılabilir. Grafen, güneş pilleri ve rüzgar enerjisi kanatları yapmak için kullanılabilir. Yeni enerji teknolojisinin sürekli gelişmesiyle, karbon malzemelerin yeni enerji alanındaki uygulama olasılığı daha da genişleyecektir.

Otomotiv:

Karbon malzemeler otomotiv sektöründe hafif bileşenler ve yüksek verimli motor bileşenleri yapmak için kullanılmaktadır. Örneğin, karbon fiber kompozitler, hafifliklerini ve yüksek performanslarını artırmak için araba gövdeleri ve parçaları yapmak için kullanılabilir. Grafen ayrıca araçların gücünü ve ekonomik performansını artırmak için yüksek verimli yakıt hücreleri yapmak için de kullanılabilir.

Havacılık ve uzay:

Karbon malzemeler havacılık ve uzay alanında diğer şeylerin yanı sıra yüksek performanslı uçaklar ve uzay araçları yapmak için kullanılabilir. Örneğin, karbon fiber kompozitler, performanslarını artırmak için hafif kanatlar ve gövdeler yapmak için kullanılabilir. Grafen ayrıca uçakların gücünü ve ekonomik performansını artırmak için yüksek performanslı aero motorlar yapmak için de kullanılabilir.

Endüstriler:

Karbon malzemeler sanayi sektöründe yüksek performanslı bileşenler ve araçlar yapmak için kullanılmaktadır. Örneğin, karbon fiber kompozitler, performanslarını ve hizmet ömürlerini artırmak için gelişmiş mekanik parçalar ve endüstriyel borular vb. yapmak için kullanılabilir. Ayrıca grafen, endüstriyel üretim verimliliğini artırmak için yüksek verimli pompalar ve valfler yapmak için de kullanılabilir.

Tıbbi alan

Karbon malzemeler cerrahi implantlar için ideal malzemelerdir. Yapay kemikler, yapay kalçalar, diz eklemleri ve kalp kapakçıkları gibi implantlar başarıyla üretilmiştir.

Yarı İletkenler

Karbon malzemeler yarı iletken termal alan bileşenleri, elektrot malzemeleri, ısı dağıtma alt tabakaları, paket muhafazaları, denetim probları ve daha fazlasını üretmek için kullanılabilir.

Fotovoltaik alan

Karbon malzemeler, yüksek saflıkta izostatik grafit ürünlerinin ithal ikamesidir. Bu nedenle, karbon malzemeler fotovoltaik termal alan sisteminde başarıyla gerçekleştirilmiş ve fotovoltaik termal alanda uzun kristal sarf malzemesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Krozeler, yönlendirme silindirleri, yalıtım silindirleri vb. gibi.

Enerji sektörü

Karbon malzemeler enerji sektöründe geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin grafen, güneş pilleri ve lityum piller için elektrot malzemesi olarak kullanılarak pillerin enerji yoğunluğunu ve şarj ve deşarj hızını artırabilir. Karbon nanotüpler, hidrojen depolama miktarını ve oranını iyileştirmek için hidrojen depolama malzemesi olarak kullanılabilir. Karbon fiber, katalizörün aktivitesini ve kararlılığını artırmak için yakıt hücreleri için katalizör taşıyıcı olarak kullanılabilir.

Çevre alanı

Karbon malzemeler çevre alanında da geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Örneğin grafen, arıtma verimliliğini ve arıtma etkisini artırmak için su arıtma ve hava arıtma alanında kullanılabilir. Karbon nanotüpler su ve havadaki zararlı maddeleri adsorbe etmek ve uzaklaştırmak için kullanılabilir. Karbon fiber, çevredeki kimyasalların ve kirleticilerin seviyelerini izleyen çevresel sensörler yapmak için kullanılabilir.

V. Gelecek Beklentileri

Yeni malzeme endüstrisi, biyotıp, bilgi teknolojisi ve yeni enerji gibi üst düzey alanlar ve karbon malzemeler için önemli bir destektir. Ve önemli bir bileşen olarak karbon malzemeler stratejik bir konuma sahiptir. Son yıllarda, karbon ailesi elmas, karbon fiber, karbon/karbon kompozitler, grafit, sert karbon, grafen, karbon nanotüpler, karbon noktalar, ...... Uygulama senaryoları da sürekli genişlemekte ve çeşitli endüstrilerin ekolojik endüstri zincirinin inovasyonunu hızlandırmaktadır. Ayrıca 2024 yılından bu yana alçak irtifa ekonomisi hızla yükselmiştir. Endüstriyel zincirin yukarı akışında kilit bir malzeme olarak karbon elyaf ve kompozit malzemeleri, alçak irtifa ekonomisinin gelişimini teşvik etmek için önemli bir güce katkıda bulunacaktır. Bu nedenle, karbon malzeme endüstrisinin beklentilerinin çok geniş olduğuna inanmak için nedenlerimiz var.