Pirolitik Grafit Hakkında

Pirolitik grafit, bir hidrokarbon gazının ayrışması sonucu oluşan polikristal grafittir. Bu insan yapımı bileşik aşağıdakilere benzer grafit. Bununla birlikte, çok sayıda benzersiz özelliğe sahiptir. Sonuç olarak, bireyler onu çeşitli endüstrilerde farklı uygulamalar için kullanmaktadır. Bu yazı size pirolitik grafit, özellikleri ve uygulamaları hakkında eksiksiz bilgi sağlar. Başlayalım.

Pirolitik Grafit Bileşiğine Genel Bakış

Pirolitik grafit, bir hidrokarbon gazının ayrıştırılmasıyla üretilen bir grafit formudur.

Hidrokarbon gazının sıcaklığı vakum atmosferinde ayrışma aşamasına ulaştığında, yüksek oranda yönlendirilmiş grafit tabakaları oluşturur.

Onu sıradan grafitten farklı kılan kristal yapısıdır. Doğal grafitin aksine, organize karbon atomlarına sahiptir. Dahası, son derece anizotropik.

Bunun özellikleri hakkında bilgi edinelim.

Pirolitik Grafitin Özellikleri/Özellikleri

Pirolitik grafit çok çeşitli özelliklere sahiptir. Aşağıdaki özellikleri nedeniyle, bu grafitin çok sayıda endüstride uygulamaları vardır.

Yüksek Termal İletkenlik

Pirolitik grafit, güçlü kovalent bağı sayesinde yüksek düzlem içi termal iletkenliği ile ünlüdür.

Oda sıcaklığında 2000 W/m-K değerine kadar ulaşabilir. Bu kalite, bu malzemeyi ısı dağıtıcılar ve ısı alıcıları gibi ürünler için ideal hale getirir.

Yüksek Elektriksel İletkenlik

Pirolitik grafit anizotropiktir ve katmanlı bir yapıya sahiptir. Sonuç olarak, mükemmel bir elektrik akışını destekler. Bu grafitin elektronları bağlı karbon atomları boyunca kolayca hareket eder.

Yüksek Sıcaklığa Dayanıklı

Pirolitik grafit son derece yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Termodinamik olarak kararlı bir karbondur. Sonuç olarak, yüksek sıcaklıklarda kimyasal yapısını korur. Bileşik, oksitleyici olmayan bir atmosferde 3500°C sıcaklıkta bile iyi çalışır.

Kimyasal Stabilite

Pirolitik grafit kimyasal olarak inerttir. Oda sıcaklığında çoğu asit, alkaliler ve çözücülerle reaksiyona girmez. Çok çeşitli kimyasal saldırılara karşı koyabilir. Sonuç olarak, nükleer mühendisler onu nükleer reaktörlerde kullanırlar.

Mekanik Dayanım

Pirolitik grafit hafif olmakla birlikte, iyi bir mekanik mukavemete sahiptir. Düzlem içi gerilme mukavemeti 20 ila 40 MPa arasında değişmektedir.

Sürtünme Katsayısı

Pirolitik Grafit, özellikle yağlanmamış koşullarda ihmal edilebilir bir sürtünme katsayısına sahiptir. Sonuç olarak, bireyler bunu sürtünmenin azaltılmasının çok önemli olduğu uygulamalarda kullanmaktadır.

Sızdırmazlık, rulmanlar ve çeşitli kayar bileşenlerde kullanıldığını fark edebilirsiniz.

Pirolitik Grafit Nasıl Yapılır?

Pirolitik grafit kimyasal buhar biriktirme işlemi ile yapılır. Mühendisler karbon atomlarını ince tabakalar halinde aşırı sıcaklıklarda bir alt tabaka üzerine bırakırlar.

Gelin tüm süreci adım adım öğrenelim.

Hidrokarbon Kaynağı Seçimi

İlk olarak, üreticiler pirolitik grafit yapmak için karbon içeren bir gaz seçerler. Bu gaz metan, asetilen ve propan olabilir. Grafit yapıları oluşturmak için bir karbon kaynağı olarak çalışır.

Substratın Oluşumu

Gaz seçildikten sonra sıra uygun bir alt tabaka bulmaya gelir. Genellikle üreticiler alt tabaka için grafiti tercih ederler. Sonuçta, yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Substrat, karbon atomlarının grafitik bir yapıya yerleşmesini sağlar.

CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) Süreci

Hidrokarbon gazı bir fırına salınır. Fırının sıcaklığı 200 ila 300°C arasında değişir.

Bu aşırı sıcaklık, gazı karbon ve hidrojen bileşenlerine ayrıştırır. Karbon atomları substrat yüzeyinde birikirken hidrojen atık ürün olarak açığa çıkar.

İfade Alma

Karbon atomlarının birikimi, kontrollü basınç nedeniyle ince bir tabaka halinde gerçekleşir. Bu karbon atomu katmanları pirolitik grafitin düzenli bir yapısını oluşturur.

Atomlar katmanlar halinde iyi hizalandığından, pirolitik grafit anizotropik hale gelir.

Soğutma

Karbon atomlarının katman katman biriktirilmesini bir soğutma işlemi takip eder.

Artık üreticiler grafiti fırından çıkararak istedikleri şekli verebilirler

.

Tüm üretim süreci sıkı kalite kontrolünden geçer. Pirolitik grafitin gerekli elektriksel ve termal özelliklere sahip olmasını sağlar.

Uygulamalar 

Nükleer Reaktörler

Dünya çapında enerji üretimi ve nükleer enerji şirketleri, pirolitik grafiti nükleer reaktör tasarımlarında moderatör malzeme olarak kullanmaktadır.

Bu AGR ve Birleşik Krallık'ın MAGNOX gaz soğutmalı reaktörleri buna mükemmel bir örnektir.

Pirolitik grafit anizotropik bir karbon formu olduğu için HTGR'lerde (Yüksek Sıcaklıklı Gaz Soğutmalı Reaktörler) ve hızlı reaktörlerde kullanılır. Grafitin termal şok ve kimyasallara karşı direnci onu nükleer endüstri için uygun hale getirmektedir.

Bir moderatör olarak grafit, fisyon reaksiyonları sırasında nötronları yavaşlatarak reaktörün mükemmel bir şekilde çalışmasına yardımcı olur.

Nükleer mühendisler pirolitik grafiti yapısal malzeme yapımında da kullanırlar. Nükleer yakıt parçacıklarını kaplar.

Gaz soğutmalı reaktörlerde yakıt, üç yapısal-izotropik parçacıklar içinde kapsüllenir. Bu grafit kaplama yakıtı korur.

Aynı zamanda bir bariyer görevi görür ve reaktörleri radyoaktif maddelere karşı korur. Bu grafit, 1.000°C'yi aşan sıcaklıklarda bile yapısal bütünlüğünü kaybetmez.

Aküler

Pil üreticileri pirolitik grafiti çeşitli şekillerde kullanmaktadır. Modern batarya teknolojilerinde büyük bir rolü vardır. 

Lityum-iyon piller de mükemmel elektrik iletkenliği ve termal kararlılığı nedeniyle bu grafiti kullanmaktadır.

Bu piller, şarj ve deşarj döngüleri sırasında bu grafiti lityum iyonları için bir konak olarak kullanır.

Ayrıca, üreticiler bu grafiti şarj edilebilir lityum pillerde negatif elektrot olarak kullanmaktadır.

Pirolitik grafitin katmanlı yapısı, lityum iyonlarının katmanları arasında interkalasyon yapmasına izin verir. Sonuç olarak, enerji depolama için tersine çevrilebilir bir mekanizma oluşturur.

Diğer anot malzemelerinin aksine, bu grafit formu yüksek sıcaklıklara ve kimyasal reaksiyonlara dayanabilir. Bataryanın aşırı koşullarda çalışmasına yardımcı olur. Bu tür bataryalar elektrikli araçlarda ve havacılıkta yaygındır.

Yakıt Pili Teknolojisi

Yakıt hücresi teknolojisinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Pirolitik grafit levhalar buna iyi bir örnektir.

Yakıt hücresindeki bu tabakalar sıcaklığı korur ve atık ısıyı dağıtır. Yüksek sıcaklıklara sahip katı oksit yakıt hücreleri, ısıyı yönetmek için bu grafite bağlıdır.

Grafen Transistörler

Grafen transistör, kablosuz iletişim cihazlarında, elektronik tekstillerde, radar sistemlerinde ve katlanabilir akıllı telefonlarda kullanılan nano ölçekli bir cihazdır.

Transistör, yarı iletken malzeme olarak grafen kullanır. Pirolitik grafit, grafen yapımında önemli bir rol oynar. Grafen üretimi için bir öncü malzeme görevi görür.

Grafit ayrıca grafen transistörlerde verimli ısı yönetimi sağlar.

Roket Nozulu

Roket bilimciler, mükemmel yapısal bütünlüğü ve termal özellikleri nedeniyle roket nozullarında pirolitik grafit kullanmaktadır.

Roketin pirolitik grafit kaplı boğaz ve odacıkları 3.000°C'yi aşan sıcaklıklara dayanabilmektedir. Ayrıca, bu grafit nozülden çıkan sıcak gazlar tarafından aşındırılmaz.

Hava Kuvvetleri Roket İtki Laboratuvarı da 1974 yılında roketlerinde pirolitik grafit kaplı boğaz uçları kullanmıştır.

Tıbbi Tanı Araçları

Pirolitik grafitin çok sayıda teşhis ekipmanında kullanıldığını da fark edebilirsiniz.

MRI makinelerindeki homojensizlik alanını en aza indirir. Bu nedenle doğal olarak manyetik alanların netliğini ve detayını iyileştirir.

Biyouyumluluğu nedeniyle grafit bileşiği kalp pili bileşenlerinde de kullanılmaktadır.

Pirolitik grafit vücut dokuları ve sıvıları ile reaksiyona girmez. Sonuç olarak, komplikasyonlar konusunda endişelenmenize gerek yoktur.

Elektrokimyasal sensörler kolesterol ve glikozun kontrol edilmesine yardımcı olur. Bu sensörlerde pirolitik grafit de kullanıldığını biliyor muydunuz?

Bu grafit form yüksek iletkenliğe sahip bir yüzeye sahiptir. Bu nedenle, verimli elektron transferi sağlar ve her seferinde güvenilir okuma verir.

Ayrıca, korozyona karşı dayanıklılık özelliği, elektrokimyasal sensörlerin farklı biyolojik ortamlara dayanmasına yardımcı olur.

Elektrokimyasal

Üstün kimyasal kararlılık ve elektrik iletkenliği, pirolitik grafiti çeşitli elektrokimyasal uygulamalar için uygun hale getirir. Kondansatörler ve piller gibi çeşitli elektrokimyasal hücrelerde elektrot malzemesi olarak kullanılır.

Bu grafit, elektrot ve analit arasında elektronların hızlı transferini destekler. Sonuç olarak, nörotransmitterlerin tespit edilmesine yardımcı olur.

X-ray Tüpleri

Bir X-ışını tüpünün endüstriyel denetim ve tıbbi görüntülemede kullanım alanları vardır. Bu tüpler hedef anot destek malzemesi olarak pirolitik grafit kullanır. Anot, hızlandırılmış elektronların kinetik enerjisini X-ışınlarına dönüştürmeyi amaçlar.

Bu işlem sırasında anot aşırı ısınabilir. Neyse ki pirolitik grafitin yüksek termal iletkenliği, X-ray üretimi sırasında oluşan ısıyı dağıtır. Bu nedenle tüpün kullanım ömrünü uzatır.

Lazer Işığı

Birçok şirket lazer ışık sistemlerinde pirolitik grafit kullanmaktadır. Bu bileşik, yoğun lazer ışınına dayanmasını sağlayan ayırt edici optik ve termal özelliklere sahiptir.

İçinde 2012Japonya'da bir araştırma grubu pirolitik grafitin lazer ışığına tepki verdiğini gösterdi. Ayrıca, bileşiğin alan gradyanı yönünde hareket ederek doğal güneş ışığına tepki verdiğini de araştırdılar.

Lazer ışını damperleri, lazer enerjisini absorbe etmek ve ısıyı hızla dağıtmak için bu grafiti kullanır. Cihaz, lazer ışınlarından gelen aşırı enerjiyi absorbe etmek için kullanılır.

Lazer kazıma sistemleri de alt tabaka olarak pirolitik grafit kullanır. Bu grafit lazer ablasyonuna karşı dirençli olduğundan, hassas lazer markalama ve kesim sağlar.

Buna ek olarak, güçlü lazer kurulumlarında pirolitik grafit aynaların kullanıldığını da fark edebilirsiniz. Bu aynalar lazer ışınlarını yüksek sıcaklıklardan etkilenmeden yansıtır.

Sonuç

Bu, pirolitik grafit hakkında derinlemesine bir kılavuzdur. Her şeyi bir arada düşündüğümüzde, bu grafit formunun çok yönlü bir malzeme olduğunu söyleyebiliriz. Anizotropik elektriksel özellikleri, termal iletkenliği ve yüksek sıcaklık direnci onu çok çeşitli uygulamalar için ideal hale getirir. 

Farklı sektörler bunu farklı şekillerde kullanıyor. Önümüzdeki yıllarda, çeşitli diğer modern teknolojilerde ve yeniliklerde kullanımını görebiliriz

Bu kapsamlı kılavuzun size pirolitik grafit hakkında yeterli bilgi sağlayacağını umuyoruz.