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 grafitico.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 superior ao 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