O carbono é un dos elementos máis comúns na natureza, que abarca as propiedades de case todas as substancias que se atopan na Terra. Presenta unha ampla gama de características, como dureza e suavidade variables, comportamento de illamento-semicondutor-supercondutor, illamento térmico-supercondutividade e transparencia total de absorción de luz. Entre estes, os materiais con hibridación sp2 son os principais membros da familia de materiais de carbono, incluíndo grafito, nanotubos de carbono, grafeno, fulerenos e carbono vítreo amorfo.
Mostras de grafito e carbono vítreo
Aínda que os materiais anteriores son ben coñecidos, centrémonos hoxe no carbono vítreo. O carbono vítreo, tamén coñecido como carbono vítreo ou carbono vítreo, combina as propiedades do vidro e da cerámica nun material de carbono non grafito. A diferenza do grafito cristalino, é un material de carbono amorfo que está case 100% hibridado con sp2. O carbono vítreo sintetízase mediante a sinterización a alta temperatura de compostos orgánicos precursores, como resinas fenólicas ou resinas de alcohol furfurílico, baixo unha atmosfera de gas inerte. A súa aparencia negra e a súa superficie lisa parecida ao vidro valeronlle o nome de "carbono vítreo".
Desde a súa primeira síntese polos científicos en 1962, a estrutura e as propiedades do carbono vítreo foron moi estudadas e seguen sendo un tema candente no campo dos materiais de carbono. O carbono vítreo pódese clasificar en dous tipos: o tipo I e o tipo II. O carbono vítreo tipo I sinteriza a partir de precursores orgánicos a temperaturas inferiores a 2000 °C e consiste principalmente en fragmentos de grafeno encrespados orientados ao azar. O carbono vítreo tipo II, pola súa banda, sinteriza a temperaturas máis altas (~2500 °C) e forma unha matriz tridimensional amorfa multicapa de estruturas esféricas tipo fullereno autoensambladas (como se mostra na figura a continuación).
Representación da estrutura de carbono vítreo (esquerda) e imaxe de microscopía electrónica de alta resolución (dereita)
Investigacións recentes descubriron que o carbono vítreo tipo II presenta unha compresibilidade máis alta que o tipo I, que se atribúe ás súas estruturas esféricas tipo fullereno autoensambladas. A pesar das pequenas diferenzas xeométricas, tanto as matrices de carbono vítreo de Tipo I como de Tipo II están compostas esencialmente de grafeno ondulado desordenado.
Aplicacións do Carbono Vidrioso
O carbono vítreo posúe numerosas propiedades destacadas, incluíndo baixa densidade, alta dureza, alta resistencia, alta impermeabilidade a gases e líquidos, alta estabilidade térmica e química, que o fan amplamente aplicable en industrias como a fabricación, a química e a electrónica.
01 Aplicacións de alta temperatura
O carbono vítreo presenta unha resistencia a altas temperaturas en ambientes de gas inerte ou baleiro, soportando temperaturas de ata 3000 °C. A diferenza doutros materiais cerámicos e metálicos de alta temperatura, a resistencia do carbono vítreo aumenta coa temperatura e pode alcanzar os 2700K sen volverse fráxil. Tamén posúe baixa masa, baixa absorción de calor e pouca expansión térmica, polo que é axeitado para varias aplicacións de alta temperatura, incluíndo tubos de protección de termopar, sistemas de carga e compoñentes do forno.
02 Aplicacións químicas
Debido á súa alta resistencia á corrosión, o carbono vítreo atopa un uso extensivo na análise química. Os equipos feitos de carbono vítreo ofrecen vantaxes sobre os aparellos de laboratorio convencionais feitos de platino, ouro, outros metais resistentes á corrosión, cerámicas especiais ou fluoroplásticos. Estas vantaxes inclúen a resistencia a todos os axentes de descomposición húmidos, a ausencia de efecto memoria (adsorción e desorción incontrolada de elementos), a ausencia de contaminación das mostras analizadas, a resistencia a ácidos e fusións alcalinas e unha superficie vítrea non porosa.
03 Odontoloxía
Os crisols de carbono vítreo úsanse habitualmente na tecnoloxía dental para fundir metais preciosos e aliaxes de titanio. Ofrecen vantaxes como alta condutividade térmica, maior vida útil en comparación cos crisols de grafito, ausencia de adhesión de metais preciosos fundidos, resistencia ao choque térmico, aplicabilidade a todos os metais preciosos e aliaxes de titanio, uso en centrífugas de fundición por indución, creación de atmosferas protectoras sobre metais fundidos, e eliminación da necesidade de fluxo.
O uso de crisols de carbono vítreo reduce os tempos de quecemento e fusión e permite que os serpentíns de calefacción da unidade de fusión funcionen a temperaturas máis baixas que os recipientes cerámicos tradicionais, diminuíndo así o tempo necesario para cada fundición e prolongando a vida útil do crisol. Ademais, a súa non mollabilidade elimina os problemas de perda de material.
04 Aplicacións de semicondutores
O carbono vítreo, coa súa alta pureza, excepcional resistencia á corrosión, ausencia de xeración de partículas, condutividade e boas propiedades mecánicas, é un material ideal para a produción de semicondutores. Os crisoles e os barcos feitos de carbono vítreo pódense utilizar para a fusión por zonas de compoñentes semicondutores mediante os métodos de Bridgman ou Czochralski, a síntese de arseniuro de galio e o crecemento de cristales simples. Ademais, o carbono vítreo pode servir como compoñentes en sistemas de implantación iónica e electrodos en sistemas de gravado por plasma. A súa alta transparencia de raios X tamén fai que os chips de carbono vítreos sexan axeitados para substratos de máscaras de raios X.
En conclusión, o carbono vítreo ofrece propiedades excepcionais que inclúen resistencia a altas temperaturas, inercia química e un excelente rendemento mecánico, polo que é axeitado para unha ampla gama de aplicacións en varias industrias.
Póñase en contacto con Semicera para obter produtos de carbono de vidro personalizados.
Correo electrónico:sales05@semi-cera.com
Hora de publicación: 18-12-2023