关于热解石墨

热解石墨是一种多晶石墨，由碳氢化合物气体分解而成。 这种人造化合物看起来类似于 石棉.然而，它具有许多独特的特性。因此，各行各业都将其用于不同的用途。 本文章将为您提供有关热解石墨、其特性和应用的完整知识。 让我们开始吧。

热解石墨化合物概述

热解石墨是一种由碳氢化合物气体分解产生的石墨。

当碳氢化合物气体的温度在真空环境中达到分解阶段时，就会形成高度定向的石墨层。

它与普通石墨的不同之处在于其晶体结构。与天然石墨不同，它具有有序的碳原子。此外，它还非常 异方性.

让我们了解一下它的特点。

热解石墨的特征/特性

热解石墨具有多种特性。由于具有以下特性，这种石墨可应用于众多行业。

高导热性

热解石墨因其强大的共价键而以其高面内导热性而闻名。

在室温下，它可以达到 2000 W/m-K。这一特性使这种材料成为散热器和散热片等产品的理想材料。

高导电性

热解石墨具有各向异性，具有分层结构。因此，它支持良好的电流流动。这种石墨的电子很容易沿着成键的碳原子移动。

耐高温

热解石墨可以承受极高的温度。它是一种热力学稳定的碳。因此，它在高温下仍能保持其化学结构。即使在 3500°C 的非氧化气氛中，这种化合物也能正常工作。

化学稳定性

热解石墨具有化学惰性。在室温下，它不会与大多数酸、碱和溶剂发生反应。它可以抵御多种化学侵蚀。因此，核工程师将其用于核反应堆。

机械强度

热解石墨重量轻，但机械强度很高。其平面内抗拉强度在 20 至 40 兆帕之间。

摩擦系数

热解石墨的摩擦系数可以忽略不计，尤其是在无润滑的条件下。因此，个人将其用于对减少摩擦至关重要的应用中。

您可以注意到它在密封、轴承和各种滑动部件中的应用。

热解石墨是如何制造的？

热解石墨是通过化学气相沉积工艺制成的。工程师在极高的温度下将碳原子薄薄地沉积到基底上。

让我们逐步了解整个过程。

碳氢化合物源选择

首先，制造商选择一种含碳气体来制造热解石墨。这种气体可以是甲烷、乙炔和丙烷。它可以作为碳源来制造石墨结构。

基质的形成

选定气体后，就需要找到合适的基底。一般来说，制造商更倾向于选择石墨作为基底。毕竟，它可以承受高温。这种基质可让碳原子沉淀在石墨结构中。

CVD（化学气相沉积）工艺

碳氢化合物气体被释放到一个熔炉中。炉温在 200 至 300°C 之间。

这种极端温度会将气体分解成碳和氢成分。氢作为废品释放出来，而碳原子则积聚在基底表面。

沉积

在可控压力的作用下，碳原子以薄层形式沉积。这些碳原子层形成了热解石墨的有序结构。

由于原子在层中排列整齐，热解石墨变得各向异性。

冷却

碳原子逐层沉积后进行冷却。

现在，制造商可以从熔炉中提取石墨，使其呈现出理想的形状

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整个生产过程都经过严格的质量控制。它确保热解石墨具有所需的电学和热学特性。

应用 

核反应堆

世界各地的发电和核能公司在核反应堆设计中使用热解石墨作为慢化剂材料。

"(《世界人权宣言》) AGR 英国的 MAGNOX 和 MAGNOX 气冷反应堆就是一个很好的例子。

由于热解石墨是一种各向异性的碳形态，因此可用于高温气冷堆（HTGR）和快堆。石墨的抗热震性和耐化学性使其适用于核工业。

作为慢化剂，石墨可以减缓裂变反应中的中子速度，帮助反应堆完美运行。

核工程师还使用热解石墨制造结构材料。它可以包裹核燃料颗粒。

在气冷式反应堆中，燃料被包裹在三结构各向同性颗粒中。这种石墨涂层可以保护燃料。

它还能起到屏障作用，保护反应堆免受放射性物质的影响。即使在超过 1000°C 的高温下，这种石墨也不会失去其结构的完整性。

电池

电池制造商以多种方式使用热解石墨。它在现代电池技术中发挥着重要作用。 

锂离子电池也采用这种石墨，因为它具有出色的导电性和热稳定性。

这些电池在充电和放电循环中使用这种石墨作为锂离子的宿主。

此外，制造商还将这种石墨用作可充电锂电池的负极。

热解石墨的层状结构可让锂离子在层间插层。因此，它创造了一种可逆的能量储存机制。

与其他负极材料不同，这种石墨可以承受高温和化学反应。它有助于电池在极端条件下工作。这种电池常见于电动汽车和航空航天领域。

燃料电池技术

它在燃料电池技术中一直发挥着至关重要的作用。热解石墨板就是一个很好的例子。

燃料电池中的这些石墨片可保持温度并散发废热。高温的固体氧化物燃料电池需要依靠这种石墨来管理热量。

石墨烯晶体管

石墨烯晶体管是一种纳米级设备，可用于无线通信设备、电子纺织品、雷达系统和可折叠智能手机。

晶体管使用石墨烯作为半导体材料。热解石墨在制造石墨烯的过程中发挥着重要作用。它是生产石墨烯的前体材料。

石墨还能确保石墨烯晶体管的高效热管理。

火箭喷嘴

由于热解石墨具有出色的结构完整性和热性能，火箭科学家将其用于火箭喷嘴。

火箭的热解石墨涂层喉管和腔体可以承受超过 3000°C 的高温。此外，这种石墨不会被喷嘴排出的热气侵蚀。

1974 年，空军火箭推进实验室也在其火箭中使用了热解石墨涂层喉塞。

医疗诊断工具

您还可以在许多诊断设备中看到热解石墨的应用。

它能最大限度地减少核磁共振成像仪中的不均匀磁场。因此，它自然能提高磁场的清晰度和细节。

由于具有生物相容性，石墨化合物还被用于心脏起搏器部件。

热解石墨不会与人体组织和体液发生反应。因此，您无需担心并发症。

电化学传感器有助于检测胆固醇和葡萄糖。您知道这些传感器也使用热解石墨吗？

这种石墨具有高导电性表面。因此，它能确保熟练的电子传输，每次都能提供可靠的读数。

此外，其抗腐蚀能力还有助于电化学传感器在不同的生物环境中持续工作。

电化学

热解石墨具有出色的化学稳定性和导电性，适用于各种电化学应用。它是各种电化学电池（如电容器和电池）的电极材料。

这种石墨有助于电子在电极和分析物之间快速转移。因此，它有助于检测神经递质。

X 射线管

X 射线管可用于工业检测和医学成像。这些射线管使用热解石墨作为靶阳极衬底材料。阳极的目的是将加速电子的动能转化为 X 射线。

在此过程中，阳极可能会过热。值得庆幸的是，热解石墨的高导热性分散了 X 射线生产过程中产生的热量。因此，它能延长射线管的使用寿命。

激光

一些公司已将热解石墨用于激光系统。这种化合物具有独特的光学和热学特性，能够承受强烈的激光束。

在 2012日本的一个研究小组证明，热解石墨对激光有反应。他们还研究发现，这种化合物对自然阳光的反应是沿着光场梯度的方向移动。

激光束倾泻器利用这种石墨吸收激光能量并迅速散热。该装置用于吸收激光束中的过多能量。

激光雕刻系统也使用热解石墨作为基材。由于这种石墨耐激光烧蚀，因此可确保精确的激光打标和切割。

除此以外，您还可以注意到在功能强大的激光装置中使用了热解石墨反射镜。这些反射镜反射激光束时不会受到高温的影响。

结论

这是一份关于热解石墨的深度指南。综上所述，我们可以说这种石墨是一种用途广泛的材料。它具有各向异性的电气性能、导热性和耐高温性，因此可广泛应用于各种领域。 

不同行业对它的使用方式也不尽相同。未来几年，我们可能会看到它在其他各种现代技术和创新中的应用

希望本综合指南能为您提供有关热解石墨的充分信息。