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石墨的六大分类及应用
发布时间:2020-06-05 01:57    文章作者:ag旗舰厅手机版

  我国的石墨资源丰富、分布广泛,但很多都是中小型矿产,出现了很多的私人石墨小矿,石墨矿产品附加值极低。我国经过多年的努力,国家投入了大量的资金与科技人员,经过矿产企业的重组以及石墨利用水平的不断提高,我国的石墨资源得到了更加有效的利用,如今我国已经研发出了高纯石墨、等静压石墨、膨胀石墨、氟化石墨、胶体石墨、石墨烯等多种高性能石墨产品。

  高纯石墨(含碳量99.99%)因其具有鳞片结晶完整、片薄、良好的导热性能、耐高温和抗腐蚀等特点被应用于军事工业火工材料安定剂、冶金工业高级耐火材料和化肥工业催化剂、添加剂等。

  等静压石墨由高纯石墨压制而成,它具有热膨胀系数低、耐热性好、耐化学腐蚀、导热导电性能良好等特点。等静压石墨是国际上近50年发展起来的新产品,不仅在民用上大有作为,在国防尖端上也占有重要地位,属新型材料,令人瞩目。主要应用于以下几方面。

  近年来随着全球气候变暖,人类对地球的保护意识逐渐增强,有越来越多的人开始青睐不排放二氧化碳的自然能源。在这种大趋势下,太阳能电池便成为了新时代的“宠儿”。在制造其过程中用到的铸锭炉加热器便需要用等静压石墨来制作。

  由于高温气冷堆中用作慢化剂的石墨必须具有辐照蠕变及对变形所产生的辐照应力有很强的耐受力,便提出了模块化高温气冷堆。当代新型超高温核反应堆,具有高功率密度、高温等特点,这对新一代石墨材料提出了更高的要求:物美价廉、超高的辐照损伤耐受力、产品均质化等。

  石墨由于自身特殊的性质使得其在核聚变反应堆中也具有重要的作用。它能够在很大程度上减少材料等离子体中的金属杂质,因此对材料等离子体提高能量约束发挥了巨大作用。随着核聚变装置逐渐大型化,导热性好、机械强度高的石墨材料脱颖而出被用作面对等离子体的第一壁材料,且其在应用过程中表现出了良好的放电脉冲效果。此外,因石墨具有原子序数低,引起的辐照损失小等特性,即便混入等离子体中,也能使高温等离子体保持稳定。

  石墨电极在放电加工用电极中表现出许多优点:①质量较同类电极较轻,易搬运;②易加工;③切削加工中不易产生应力导致变形;④极高温度下,因热膨胀系数小,故石墨电极很少因放电加工产生的热量而变形。但石墨电极也存在一些缺点,如切削加工时易产生粉尘、易损耗等。

  可膨胀石墨选用优质天然鳞片石墨,经酸性氧化剂(硫酸、硝酸与双氧水,高锰酸钾)处理后的层间化合物,亦称酸化石墨。膨胀石墨具有耐高温、耐高压、密封性好和耐多种介质腐蚀等众多优点,是目前新型的高级密封材料。其主要应用于以下领域。

  膨胀石墨具有的亲油性和疏水性可以使其在水中有选择性地去除非水陛溶液,这一特点被广泛应用于海面除去浮油,又因其分子结构上的特殊性质,表现出吸附大量油后可集结成块,浮在海面,并可再生处理,循环使用,不会造成二次污染的特点。膨胀石墨除了可在液相中进行选择性吸附以外,对大气污染也具有抑制作用,如吸附二氧化碳气体等。

  膨胀石墨可处理成柔性石墨(热膨胀系数小,在低温下不发脆、不炸裂,在高温下不软化、不蠕变)作为密封材料使用,因而被冠以“密封王”的美誉。

  氟化石墨是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭、石墨材料研究热点之一,其性能卓越、品质独特,广泛应用于功能材料。

  氟化石墨具有低表面能的特性,主要应用于粉末成型、模铸、胶合板成型等金属模的脱模剂。

  由于氟化石墨具有层间能小、低表面能且具有良好的化学性能和热稳定性,所以其润滑特性出众,适合于高温、高压、腐蚀性介质和高负荷等苛刻条件下使用,如高温轴承、飞机和汽车引擎的润滑剂等。

  由氟—锂组成的电池虽然具有高能量,但因氟气有毒,且以氟作为阳极活性物质难度极大。但氟化石墨在有机电解质中具有极好的电化学性质,所以被广泛应用于计算机、钟表、照相机的集成电路存储器上。

  胶体石墨主要具有:①润滑性。在一些摩擦强度大的机械中涂抹胶体石墨,会在摩擦机械表面形成润滑薄膜,从而降低摩擦阻力和摩擦产生的温度,避免机械出现烧坏、卡死,延长工作寿命;②隔热生。因胶体石墨膜面垂直方向具有隔热作用,所以在热蒸汽汽缸和透平螺旋桨方面应用广泛;③成膜均匀,且具有优良的导电性和导热性,在电子工业中用于防止反光,抑制电子二次反射,消除静电。

  石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料,是目前发现的硬度最高、韧性最强的纳米材料。

  (1)根据石墨烯超薄(单层石墨烯几乎透明,其分子排列紧密,即使最小的氦原子也无法通过),强度超大的特性,可用于制造超轻防弹衣、超薄超轻型飞机等。

  (2)因其导电电子不仅能在晶格中无障碍的移动,而且速度极快,远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度这一特性,被制作成石墨烯导电剂。

  (3)其导热性超过现有一切已知物质,加之其导电电子的快速移动使其在将来曲面手机、光子传感器及超级计算机中代替硅得到研究与应用。

  (4)其他应用:科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点;石墨烯可以用来作绷带、食品包装等。


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