Використання вуглецю: що потрібно знати

Вуглець - елемент, який повсюдно присутній у нашому житті. Його атомний номер - 6, символ - c. Займає важливе місце в періодичній таблиці. З давніх часів, коли людина використовувала деревне вугілля для опалення, до сучасної науки і техніки, яскраво сяють різні види матеріалів на основі вуглецю. Застосування вуглецю широке і далекосяжне. Люди часто запитують: для чого використовується вуглець? У цій статті ми розповімо про використання вуглецю в різних галузях, включаючи енергетику, матеріалознавство, хімічну промисловість, біомедицину та інші сфери.

Використання вуглецю в енергетиці

Cвугілля в викопне паливо

У викопному паливі вуглець є однією з найважливіших форм вуглецю в енергетиці. Вугілля, нафта і газ є поширеними джерелами енергії в нашому повсякденному житті. Вони містять багато вуглецю. Вугілля, наприклад, в основному утворюється в результаті тривалих геологічних процесів із залишків стародавніх рослин з високим вмістом вуглецю. Коли вугілля горить, вуглець і кисень реагують, виділяючи багато теплової енергії для виробництва електроенергії, опалення тощо. Це більш традиційне використання вуглецю в енергетиці. Однак при такому способі спалювання також утворюється велика кількість вуглекислого газу та інших температурних газів. Вони мають певний вплив на навколишнє середовище.

• Нові вуглецеві енергетичні матеріали

З розвитком науки і техніки поступово з'являються нові вуглецеві енергетичні матеріали. Наприклад, такі матеріали, як вуглецеві нанотрубки, мають великий потенціал застосування в галузі акумуляторів. Вони можуть поліпшити продуктивність акумулятора, підвищити провідність і стабільність батареї. І таким чином підвищити ефективність зберігання енергії в акумуляторі. Це має велике значення для нових енергетичних транспортних засобів, зберігання відновлюваної енергії та інших аспектів. І це інноваційне використання вуглецю в галузі сучасної енергетики.

Поширені застосування вуглецю в матеріалознавстві

• Карбід металу

Карбід металу - це сполука, утворена вуглецем і металевими елементами, яка має чудові фізичні властивості. Такі як висока твердість і висока температура плавлення. Наприклад, карбід вольфраму, він широко використовується у виробництві інструментів, прес-форм тощо. Ці інструменти відіграють ключову роль у механічній обробці та інших галузях промисловості. Він може ефективно різати і формувати різні металеві матеріали, що є одним з важливих застосувань вуглецю в матеріалознавстві.

• Матеріал з вуглецевого волокна

Вуглецеве волокно - це різновид високоміцного і високомодульного волокна з вмістом вуглецю понад 90%. Його вага легка і міцна. Він широко використовується в аерокосмічній галузі, спортивному спорядженні та інших сферах. У літакобудуванні використання вуглецевих матеріалів може зменшити вагу літака. Так це підвищить ефективність польоту. У спорті бадмінтонна ракетка, тенісна ракетка та інше обладнання, виготовлене з вуглецевого волокна, може забезпечити кращу гнучкість та експлуатаційні характеристики. Це популярно серед спортсменів.

• Технічний вуглець матеріали

Сажа матеріали незамінні в сучасній промисловості. У гумовій промисловості технічний вуглець є важливим армуючим агентом. Після додавання сажі гумові вироби, такі як шини, значно покращують свою зносостійкість, стійкість до розриву і міцність. І вона може адаптуватися до різноманітних складних дорожніх умов та умов водіння. У виробництві чорнила сажа використовується як пігмент, щоб надати чорнилу хорошу чорноту і покривну здатність. Це забезпечує яскравий колір і чітке зображення друкованої продукції.

• Вугільна щітка

Вугільні щітки відіграють ключову роль в електричному обладнанні. У двигуні вугільна щітка відповідає за передачу зовнішнього електричного потоку до обмоток ротора. Так двигун може нормально працювати. Вугільна щітка має хорошу електропровідність і самозмащення. Тому в процесі високошвидкісного тертя з комутатором вона може забезпечити стабільну передачу струму. А також може зменшити знос і продовжити термін служби двигуна. Він широко використовується в багатьох електрообладнаннях, таких як електроінструменти, промислові двигуни та генератори.

Використання вуглецю в хімії

Cвуглецю в органічному синтезі

В органічному хімічному синтезі вуглець є основним елементом. Багато органічних сполук неможливо синтезувати без вуглецю. Наприклад, завдяки утворенню вуглець-вуглецевих зв'язків можна синтезувати різноманітні складні органічні молекули. Наприклад, ліки, ароматизатори, пластмаси тощо. Багато поширених пластмас, таких як поліетиленполіетилен, поліпропілен тощо - це полімерні сполуки на основі вуглецю. І ці пластмаси широко використовуються в повсякденному житті, від пакувальних матеріалів до предметів побуту.

• Матеріали з активованим вугіллям

Активоване вугілля - це вуглецевий матеріал з високорозвиненою пористою структурою. І його питома поверхня дуже велика. У хімічній промисловості активоване вугілля в основному використовується для адсорбції та розділення. Наприклад, в процесі очищення води, активоване вугілля може поглинати шкідливі речовини у воді, тим самим очищаючи її якість. Що стосується очищення повітря, активоване вугілля також може адсорбувати шкідливі гази, такі як формальдегід, бензол тощо. Це забезпечує людям здорове середовище в приміщенні. Це одне з важливих застосувань вугілля в повсякденному житті.

У сфері медицини

Bіовуглецевий матеріал

Біовуглецеві матеріали мають хорошу біосумісність і широко застосовуються в тканинній інженерії та інших галузях. Наприклад, біовуглецеві матеріали можуть бути використані як каркасні матеріали, що допомагають клітинам рости і відновлювати тканини. Вони можуть імітувати мікросередовище людської тканини, сприяти регенерації пошкоджених тканин. І це може надати нові ідеї та методи для лікування.

• Носій лікарських засобів на основі вуглецю

Вуглецеві наноматеріали також можна використовувати як носії ліків. Завдяки своїм унікальним фізичним і хімічним властивостям, вони можуть ефективно завантажувати ліки і досягати цільової доставки ліків. Це допомагає покращити терапевтичний ефект ліків, зменшити побічні ефекти ліків на нормальні тканини. І це має великий потенціал у лікуванні таких захворювань, як рак.

Використання вуглецю в інших сферах

У сільське господарство

У сільському господарстві роль вуглецю не можна недооцінювати. Наприклад, органічні добрива багаті на вуглець. Це може покращити структуру ґрунту, підвищити його родючість і сприяти зростанню сільськогосподарських культур. Крім того, вуглекислий газ у певній концентрації можна використовувати як газове добриво для підвищення ефективності фотосинтезу рослин. Тим самим підвищуючи врожайність сільськогосподарських культур.

У сфері мистецтва та культури

Від стародавніх малюнків вугіллям до сучасних вуглецевих пігментів, вуглець має довгу історію в мистецтві та культурі. Вугілля є поширеним інструментом для малювання, за допомогою якого можна створювати насичені лінії та тони. Вугільна сажа широко використовується в чорнилі, фарбі та інших галузях для додавання кольору та текстури до творів мистецтва та принтів.

Використання вуглецю в повсякденному житті

У повсякденному житті вуглець входить до складу багатьох корисних речей, таких як вудки та тонер. Вудилища з вуглецевого волокна користуються популярністю серед друзів-рибалок. Традиційна вудка часто важка, її легко скласти та інша коротка дошка. Це долається вуглецевим волокном. Його легку вагу друзі-рибалки тримають довго, не втомлюючись. Висока міцність, легко справляється з витягуванням великої риби. Хороша еластичність, чутлива передача сигналу, коли риба кусає гачок, потужний буфер, зменшує біг риби, робить риболовлю приємнішою.

Тонер відіграє важливу роль в офісному друці. У лазерних принтерах і копірах частинки тонера дрібні та однорідні. А електропровідність і поглинання хороші. Під час роботи статична електрика адсорбується на чутливому барабані, формуючи зображення відповідно до сигналу. А потім перенесіть папір і термофіксацію, щоб зображення тексту було чітко представлено. Студенти, які друкують матеріали, професіонали з обробки офісних документів тощо, невіддільні від тонера. Він забезпечує безперебійну передачу інформації на папері, є щоденним офісним помічником у навчанні.

Застосування різних алотропів вуглецю

Графіт

Графіт є поширеним алотропом вуглецю і має багато застосувань. У письмовому приладді з графіту виготовляють грифелі для олівців. А його м'яка текстура може залишати чіткі сліди на папері, що зручно для людей, які пишуть і малюють. Змащувальні властивості графіту роблять його чудовим мастилом. А в машинобудуванні його часто використовують для зменшення тертя між деталями машин і підвищення ефективності роботи та терміну служби обладнання. У сфері електродних матеріалів графітові електроди широко використовуються в промислових процесах, таких як електролітична виплавка алюмінію і сталі, завдяки своїй хорошій електропровідності і стійкості до високих температур. Вони використовуються як провідне середовище в електролітичних елементах для сприяння хімічним реакціям.

Нанотрубки

Як новий тип вуглецевого алотропа, вуглецеві нанотрубки демонструють дивовижні перспективи застосування. З точки зору мініатюризації електронних пристроїв, вуглецеві нанотрубки можна використовувати для виготовлення транзисторів та інтегральних схем на нанорівні. Його чудові електричні характеристики дозволяють досягти вищої швидкості міграції електронів і меншого енергоспоживання. Очікується, що це сприятиме подальшому розвитку електронних інформаційних технологій. Тож електронні вироби є більш мініатюрними та високопродуктивними. У сфері суперзміцнення матеріалів додавання вуглецевих нанотрубок до матричних матеріалів, таких як полімери, метали або кераміка, може значно покращити міцність, в'язкість і жорсткість матеріалу. Наприклад, додавання вуглецевих нанотрубок до аерокосмічних композитів може додатково підвищити ударостійкість матеріалу. А це забезпечує безпечну експлуатацію літаків в екстремальних умовах.

Висновок

Вуглець, як важливий елемент, використовується у всіх аспектах нашого життя. Від традиційного викопного палива в енергетиці до нових енергетичних матеріалів. Від різноманітних високоефективних матеріалів у матеріалознавстві до органічного синтезу та адсорбційних матеріалів у хімічній промисловості. Крім того, вуглець відіграє незамінну роль у відновленні тканин у біомедичній галузі та як носій лікарських препаратів, а також у сільському господарстві, мистецтві та культурі.