Відшарований графіт - повний посібник

Зі стрімким розвитком матеріалознавства відшарований графіт, як новий вуглецевий матеріал, став гарячою точкою досліджень. Завдяки своїм чудовим характеристикам і широкому застосуванню. Його унікальна структура надає багато характеристик і має великий потенціал у багатьох галузях.

Що таке відшарований графіт?

Відшарований графіт (EG) - це різновид графітового матеріалу, виготовлений з природного пластівчастого графіту шляхом хімічної або електрохімічної інтеркаляційної обробки, а потім шляхом швидкого розширення при високій температурі. Природний пластівчастий графіт має типову шарувату кристалічну структуру зі слабкими ван-дер-ваальсовими силами зв'язку між шарами. Під дією інтеркалюючого агента деякі невеликі молекули або іони можуть бути вставлені між шарами графіту, утворюючи інтеркалюючі сполуки графіту. Коли інтеркальована сполука обробляється при високій температурі, інтеркальований матеріал швидко розкладається і випаровується. Сила розширення, що виникає при цьому, змушує графітовий шар сильно розширюватися в напрямку, перпендикулярному до шару. Таким чином утворюється пухкий, пористий і червоподібний відшарований графіт.

Основні характеристики відшарованого графіту

Висока питома поверхня:

Унікальна червоподібна пориста структура забезпечує йому велику питому поверхню, зазвичай до 100-1000 м2/г. Ця властивість забезпечує широкий простір для його застосування в адсорбції, каталізі та інших галузях. Велика кількість поверхнево-активних ділянок може сприяти протіканню хімічної реакції та адсорбції речовин.

Хороші адсорбційні характеристики:

Завдяки високій питомій поверхні та багатій структурі пор, він має чудову адсорбційну здатність для різних речовин. (Включаючи органічні забруднювачі, іони важких металів та молекули газу.) Адсорбція в основному базується на фізичній адсорбції, а адсорбований матеріал закріплюється на поверхні пор. У той же час, деякі функціональні групи на його поверхні можуть також хімічно адсорбувати деякі речовини для подальшого посилення ефекту адсорбції.

Відмінна гнучкість і стисливість:

При стисненні під дією зовнішньої сили структура може деформуватися до певної міри, але може частково відновлюватися після зняття зовнішньої сили. Ця характеристика робить його важливим для застосування в ущільнювальних матеріалах та інших галузях.

Хороша термостійкість і хімічна стабільність:

Його отримують шляхом спеціальної обробки графіту, успадковуючи деякі чудові властивості графіту. Наприклад, стабільні хімічні властивості при високих температурах, не вступає в реакцію з більшістю хімічних реагентів. У той же час він має високу теплопровідність, може швидко проводити тепло в певному температурному діапазоні. Ви можете використовувати його в теплообміні, розсіюванні тепла та інших сферах.

Хороша електропровідність:

Графітовий шар всередині все ще зберігає хорошу електропровідність, і електрони можуть більш плавно рухатися між шарами. Ця властивість робить його потенційною перспективою для застосування в галузі електроніки, наприклад, як матеріал для електродів акумуляторів, електромагнітного екранування тощо.

Процес приготування відшарованого графіту

Вибір сировини

Натуральний пластівчастий графіт:

Натуральний пластівчастий графіт Як сировину для отримання ексфоліантного графіту зазвичай обирають корунд з високою кристалічністю і великим розміром лусочок. Його червоподібна структура, отримана після обробки інтеркаляцією та розширенням, є більш повною, а властивості відносно кращі з більшим розміром лусочок. У той же час чистота графіту також має важливий вплив на продуктивність відшарованого графіту. А графіт високої чистоти може зменшити негативний вплив домішок на його продуктивність.

Інтеркаляційний агент:

Вибір інтеркалятора є однією з ключових ланок у процесі підготовки. Найпоширеніші інтеркалятори включають концентровану сірчану кислоту, концентровану азотну кислоту, хлоридну кислоту та інші сильні окислювальні кислоти. А також деякі солі металів, такі як нітрат заліза, сульфат заліза тощо. Ці інтеркалятори можуть реагувати з графітом за певних умов, вставляючи невеликі молекули або іони між шарами графіту. Різні інтеркалятори по-різному впливають на ефект інтеркаляції графіту та кінцеві властивості.

Етапи підготовки та ключові технології

Інтеркаляційна обробка:

Змішайте природний пластівчастий графіт та інтеркаляційний агент у певній пропорції та перемішайте реакцію при відповідній температурі. Взявши концентровану сірчану кислоту як інтеркалятор, повільно додайте графіт до концентрованої сірчаної кислоти при низькій температурі (0-20 °C). І перемішуйте протягом певного періоду часу, щоб сприяти повній інтеркаляції молекул сірчаної кислоти. Суворий контроль температури і часу реакції має вирішальне значення, інакше графіт схильний до надмірного окислення, що впливає на подальше розширення. Цей етап є ключовим для досягнення відшарування графіту, що закладає основу для високотемпературного розширення.

Прання та сушіння:

Після реакції інтеркаляції промийте виріб, видаліть залишки інтеркалятора і побічних продуктів. Промийте до нейтрального стану, а потім висушіть для отримання інтеркаляційних сполук графіту. Необхідно контролювати температуру і час під час сушіння, щоб запобігти передчасному розкладанню інтеркаляційних сполук.

Високотемпературне розширення:

Швидко помістіть висушену суміш для інтеркаляції графіту у високотемпературну піч при 800-1000 °C. Інтеркалятори швидко розкладаються і випаровуються при високій температурі, створюючи сильну силу розширення. Штовхаючи вертикальний шар графітового шару, він сильно розширюється, утворюючи пінографіт. Швидке нагрівання є ключовим фактором, що дозволяє інтеркаляції повністю розкластися за короткий час. За допомогою спеціального процесу можна також отримати відшарований пінографіт з унікальною структурою та властивостями.

Нанесення відшарованого графіту

Захист навколишнього середовища

Очищення стічних вод

Він добре адсорбує органічні забруднювачі, такі як нафта, феноли та іони важких металів. Ви можете використовувати адсорбент для ефективного очищення води.

Очищення відпрацьованих газів

З нього виготовляють адсорбційні матеріали та засипають в обладнання. Він може поглинати шкідливі гази, такі як діоксид сірки та оксиди азоту в промислових відхідних газах, і зменшувати забруднення навколишнього середовища.

Сфера енергетики

Матеріал електродів акумулятора

Має хорошу провідність, велику питому поверхню, можна використовувати як матеріал негативного електрода в літій-іонних акумуляторах. Для поліпшення продуктивності зарядки та розрядки акумулятора та стабільності циклу. А його пориста структура сприяє іон літію зберігання та передачі.

Матеріал для зберігання водню

Завдяки пористій структурі, після належної обробки, він має високу ємність для зберігання водню за певних умов. Очікується, що він стане новим типом матеріалу для зберігання водню для вирішення проблеми зберігання водневої енергії.

Промислова сфера

Ущільнювальний матеріал

Завдяки гнучкості та стисливості, він став ідеальним ущільнювальним матеріалом у вигляді прокладки з відшарованого графіту. З нього можна зробити різні форми для ущільнення труб, клапанів, посудин під тиском та іншого обладнання, ефективно запобігаючи витоку в суворих умовах.

Теплообмінний матеріал

Завдяки хорошій термостійкості та теплопровідності, ви можете використовувати його для виготовлення теплообмінників, щоб прискорити теплопровідність. І підвищити ефективність теплообміну в хімічній, енергетичній та інших галузях промисловості.

Електронне поле

Електромагнітний захисний матеріал

Через хорошу провідність з нього можна виготовляти електромагнітні екрануючі матеріали для корпусів обладнання, друкованих плат та інших деталей. Він може відбивати і поглинати електромагнітні хвилі та зменшувати електромагнітне випромінювання.

Матеріал датчика

Висока питома поверхня і поверхнева активність, завдяки чому він має характеристики адсорбції та реагування на певні гази. З нього можна зробити газовий датчик для виявлення концентрації шкідливих газів. У датчиках тиску, вологості та інших сферах він також має потенціал застосування. При підготовці чутливих матеріалів унікальна структура і хімічні властивості відшарованого оксиду графіту можуть підвищити продуктивність датчика.

Висновок

Відшарований графіт має унікальну структуру, відмінні експлуатаційні характеристики, високу питому поверхню, хорошу адсорбцію, гнучкість, стабільність і провідність. Він має великий потенціал у багатьох галузях, таких як захист навколишнього середовища та енергетика. З удосконаленням процесу підготовки, його продуктивність буде покращуватися, а вартість знижуватися. А майбутні дослідження також розширять сферу застосування.