Cos'è il carbonio vetroso？ - Veteksemicon

Glassy carbon, also known as glassy carbon for short, is a non-graphitized carbon that combines the properties of glass and ceramica. Viene realizzato sinterizzando un precursore organico polimerizzato ad alta temperatura in un'atmosfera a gas inerte. Poiché è nero in tutto e ha una superficie liscia simile al vetro, si chiama carbonio vetroso.

Ⅰ. Vantaggi materiali e aree di applicazione

Glass carbon has a series of excellent properties and can be processed into various shapes, so it has a wide range of application prospects:

● Resistenza ad alta temperatura: Il carbonio di vetro può essere utilizzato a lungo in un gas inerte o sotto vuoto a circa 3000 ° C senza fragilità. È adatto per quasi tutte le occasioni di protezione ad alta temperatura come tubi di protezione del pirometro, sistemi di ricarica e parti del forno ad alta temperatura;

● Resistenza alla corrosione: Il carbonio di vetro è resistente a tutti gli agenti di decomposizione a umido, si scioglie acidi e alcali e non ha alcun effetto di memoria. Può essere utilizzato nelle attrezzature di laboratorio convenzionali e i campioni di analisi sono privi di inquinamento;

● Conducibilità termica e non bagnatura: La conduttività termica del carbonio in vetro è ~ 80W/(M▪k), che è vicino a quella del ferro metallico. Può essere usato nei crogioli per sciogliere metalli preziosi e leghe di titanio e abbreviare il tempo di riscaldamento e scioglimento; La sua proprietà non bagnante elimina anche il problema della perdita materiale;

● Alta purezza e nessuna particella: Il carbonio di vetro è trasformato in crogioli e barche, che è un materiale ideale per la produzione di semiconduttori; Può anche essere utilizzato come parti dei sistemi di impianto ionico ed elettrodi dei sistemi di incisione del plasma, ecc.

● Buona conduttività: Gli elettrodi di carbonio vetroso hanno un ampio intervallo potenziale, che può essere utilizzato per studiare le sostanze inorganiche nella zona potenziale negativa e le reazioni redox delle sostanze organiche nella zona potenziale positiva; Gli scienziati hanno usato sensori di elettrodi a carbonio vetroso per completare l'analisi voltammetrica dei farmaci e realizzare fotoelettrodi per perovskite ultra-stabili.

Schematic diagram of the process of preparing perovskite photoanode from glassy carbon and light absorber

Ⅱ. Ricerca sulla struttura e sulle proprietà del materiale

Da quando gli scienziati hanno sintetizzato il carbonio vetroso nel 1962, lo studio della struttura e delle proprietà del carbonio vetroso è stato un argomento caldo nel campo dei materiali del carbonio. Il carbonio vetroso è una tipica struttura di carbonio disordinata ibridata SP2. Il carbonio vetroso di tipo I è formato dalla sinterizzazione della materia organica polimerizzata a una temperatura inferiore a 2000 ° C e il suo interno è principalmente composto da frammenti di grafene arricciati disordinati; Il carbonio vetroso di tipo II viene sinterizzato a una temperatura più elevata ed è una matrice tridimensionale di grafene multistrato disordinata.

Con lo sviluppo di mezzi tecnici, l'evoluzione strutturale e le proprietà intrinseche del carbonio vetroso sono state ulteriormente rivelate. Karlsruher Institut Für Technologie utilizzata in situ Microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HR-TEM) per visualizzare l'evoluzione strutturale della pirolisi polimerica nell'intervallo di temperatura di 500-1200 ° C. I risultati hanno mostrato che:

● Fullereni, fogli di grafene fortemente curvi e fogli di grafene bidimensionali più piccoli coesistono in carbonio vetroso con dimensioni e forma relativamente grandi, impilate (<10 strati) o frammenti di grafene interconnessi;

● I micropori nel carbonio vetroso non sono interamente attribuiti a strutture di fullerene, poiché la distribuzione e la proporzione delle strutture di fullerene dipendono fortemente dalla superficie del campione. A differenza delle strutture di grafene a pochi strati, i pori casuali nei campioni 3D rappresentano la maggioranza;

● I frammenti di grafene sono interconnessi con legami σ e π, risultando in un intervallo di lunghezze di legame C-C nel carbonio vetroso e gli anelli intrinseci non six-membri portano ulteriormente alla diversità delle lunghezze dei legami;

● I frammenti di grafene non aumentano sempre e l'instabilità locale a basse temperature fa sì che i fiocchi più piccoli si sedano occasionalmente o si fondono con fiocchi più grandi. J. Bauer e altri del Karlsruhe Institute of Technology hanno utilizzato la fotolitografia per elaborare le microarchitectures a nido d'ape polimeriche, e quindi hanno preparato il carbonio nano-vetro ultra forte con un singolo pilastro più corto di 1μm e un diametro di 200 nm attraverso la pirolisi; La resistenza del materiale è alta quanto 3GPA, che è approssimativamente equivalente alla resistenza teorica del carbonio vetroso; La densità della struttura topologica a nido d'ape in carbonio vetroso è solo 0,6 g/cm³, raggiungendo una forza efficace di 1,2 GPA.

Immagini TEM della migrazione di piccoli fiocchi di grafene durante la pirolisi. 

(A-C) fiocchi circolari separati da blocchi di grafene più grandi (freccia 1); 

(D-F) Fiocchi si sono fusi con materiali adiacenti a 780 ° C (freccia 2). Barra di scala: 2 nm.

A, B, struttura polimerica prima della pirolisi: struttura generale (a) e primo piano di una singola cella unitaria (B);

C, D, la nanolattice si riduce isotropicamente a circa il 20% della sua dimensione iniziale durante la pirolisi.

Ⅲ. Layout del settore ed espansione dell'applicazione

I nuovi materiali di Luton Electrochemistry e Chenrui hanno raggiunto la preparazione domestica di carbonio vetroso e hanno raggiunto la produzione di massa di prodotti in carbonio vetroso ultra-sottili a livello 5 μm.

Le tendenze di sviluppo future includono:

● realizzare l'applicazione su larga scala di rivestimenti in carbonio vetroso di livello semiconduttore, che vengono utilizzati come materiali di isolamento per i forni di crescita dei cristalli per risolvere il problema della stabilità del campo termico della crescita dei cristalli SIC, riducendo al contempo il consumo di energia del 20%;

● Glassy carbon as a bipolar plate material for fuel cells of new energy vehicles can increase battery efficiency by 15%;

● Lightweight glassy carbon composite materials (ρ<1.3g/cm³) are used in rocket engine nozzles to greatly improve temperature resistance.

Semiconè un produttore leader e fornitore di materie prime in carbonio vetroso in Cina. NostroCrucible di grafite con rivestimento in carbonio vetrosoHa una vasta gamma di applicazioni nel campo dell'elaborazione dei semiconduttori e ha vinto un elevato riconoscimento da parte dei clienti nelle centrali a semiconduttore come Europa, America, Giappone e Corea del Sud. Benvenuti a consultarci.