A szén a természet egyik legelterjedtebb eleme, amely a Földön található szinte összes anyag tulajdonságait felöleli. Jellemzők széles skáláját mutatja, mint például változó keménység és lágyság, szigetelés-félvezető-szupravezető viselkedés, hőszigetelés-szupravezető képesség és fényelnyelés-teljes átlátszóság. Ezek közül az sp2 hibridizációval rendelkező anyagok a szén-anyagok családjának fő tagjai, ideértve a grafitot, a szén nanocsöveket, a grafént, a fulleréneket és az amorf üveges szenet.
Grafit és üveges szénminták
Míg a korábbi anyagok jól ismertek, ma koncentráljunk az üveges szénre. Az üveges szén, más néven üveges szén vagy üveges szén, az üveg és a kerámia tulajdonságait egyesíti egy nem grafitos szénanyaggá. A kristályos grafittal ellentétben ez egy amorf szénanyag, amely közel 100%-ban sp2-hibridizált. Az üveges szenet prekurzor szerves vegyületek, például fenolgyanták vagy furfuril-alkohol gyanták magas hőmérsékletű szinterezésével állítják elő inert gázatmoszférában. Fekete megjelenése és sima üvegszerű felülete kiérdemelte az „üveges szén” elnevezést.
A tudósok 1962-es első szintézise óta az üveges szén szerkezetét és tulajdonságait alaposan tanulmányozták, és továbbra is forró téma a szénanyagok területén. Az üveges szén két típusba sorolható: I. típusú és II. típusú üveges szén. Az I. típusú üveges szenet szerves prekurzorokból szinterelik 2000 °C alatti hőmérsékleten, és főként véletlenszerűen orientált, hullámos graféndarabokból áll. A II-es típusú üveges szén ezzel szemben magasabb hőmérsékleten (~2500°C) szintereződik, és amorf többrétegű, háromdimenziós mátrixot képez önszerveződő fullerénszerű gömb alakú struktúrákból (ahogy az alábbi ábrán látható).
Üveges szénszerkezet-ábrázolás (balra) és nagyfelbontású elektronmikroszkópos kép (jobbra)
A legújabb kutatások azt találták, hogy a II-es típusú üveges szén nagyobb összenyomhatóságot mutat, mint az I. típusú, ami az önszerveződő fullerénszerű gömbszerkezetének tulajdonítható. Az enyhe geometriai különbségek ellenére mind az I., mind a II. típusú üveges szénmátrixok alapvetően rendezetlen, hullámos grafénből állnak.
Üveges szén alkalmazásai
Az üveges szén számos kiemelkedő tulajdonsággal rendelkezik, beleértve az alacsony sűrűséget, a nagy keménységet, a nagy szilárdságot, a gázokkal és folyadékokkal szembeni nagy áteresztőképességet, a magas hő- és kémiai stabilitást, amelyek széles körben alkalmazhatóvá teszik az olyan iparágakban, mint a gyártás, a kémia és az elektronika.
01 Magas hőmérsékletű alkalmazások
Az üveges szén magas hőmérsékleti ellenállást mutat inert gáz vagy vákuum környezetben, és 3000 °C-ig ellenáll. Más kerámia és fém magas hőmérsékletű anyagokkal ellentétben az üveges szén szilárdsága a hőmérséklettel nő, és elérheti a 2700 K-t anélkül, hogy rideggé válna. Kis tömeggel, alacsony hőelnyelő képességgel és alacsony hőtágulással is rendelkezik, így alkalmas különféle magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz, beleértve a hőelemes védőcsöveket, töltőrendszereket és kemence alkatrészeket.
02 Vegyi alkalmazások
Magas korrózióállóságának köszönhetően az üveges szenet széles körben használják a kémiai elemzésekben. Az üveges szénből készült berendezések előnyöket kínálnak a platinából, aranyból, egyéb korrózióálló fémekből, speciális kerámiákból vagy fluoroplasztokból készült hagyományos laboratóriumi berendezésekkel szemben. Ezen előnyök közé tartozik az összes nedves lebontó szerrel szembeni ellenállás, a memóriahatás hiánya (az elemek ellenőrizetlen adszorpciója és deszorpciója), a vizsgált minták nem szennyeződik, ellenáll a savaknak és lúgos olvadékoknak, valamint a nem porózus üveges felület.
03 Fogtechnika
Az üveges széntégelyeket a fogtechnikában általában nemesfémek és titánötvözetek olvasztására használják. Olyan előnyöket kínálnak, mint a magas hővezetőképesség, a grafittégelyekhez képest hosszabb élettartam, az olvadt nemesfémek tapadásának hiánya, a hősokkállóság, minden nemesfémre és titánötvözetre való alkalmazhatóság, az indukciós öntőcentrifugákban való alkalmazás, az olvadt fémekkel szembeni védőatmoszféra kialakítása, és a fluxus szükségességének kiküszöbölése.
Az üveges széntégelyek használata csökkenti a melegítési és olvasztási időket, és lehetővé teszi, hogy az olvasztó egység fűtőtekercsei alacsonyabb hőmérsékleten működjenek, mint a hagyományos kerámia tartályok, ezáltal csökken az egyes öntvényekhez szükséges idő, és meghosszabbodik az olvasztótégely élettartama. Ezen túlmenően, nem nedvesíthető, kiküszöböli az anyagveszteség kockázatát.
04 Félvezető alkalmazások
Az üveges szén nagy tisztaságával, kivételes korrózióállóságával, részecskeképződés hiányával, vezetőképességével és jó mechanikai tulajdonságaival ideális anyag a félvezetőgyártáshoz. Az üveges szénből készült tégelyek és csónakok felhasználhatók félvezető alkatrészek zónaolvasztására Bridgman vagy Czochralski módszerrel, gallium-arzenid szintézisére és egykristály növesztésére. Ezenkívül az üveges szén komponensként szolgálhat az ionimplantációs rendszerekben és elektródákként a plazmamaratási rendszerekben. Magas röntgenátlátszósága az üveges szénforgácsokat is alkalmassá teszi röntgenmaszk-hordozókhoz.
Összefoglalva, az üveges szén olyan kivételes tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a magas hőmérséklet-állóság, a kémiai tehetetlenség és a kiváló mechanikai teljesítmény, így számos iparágban alkalmazható.
Egyedi üvegkarbon termékekért forduljon a Semicerához.
Email:sales05@semi-cera.com
Feladás időpontja: 2023. december 18