Carbon là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhiên, bao gồm các đặc tính của gần như tất cả các chất được tìm thấy trên Trái đất.Nó thể hiện một loạt các đặc tính, chẳng hạn như độ cứng và độ mềm khác nhau, tính chất cách điện-bán dẫn-siêu dẫn, tính cách nhiệt-siêu dẫn và độ trong suốt hoàn toàn hấp thụ ánh sáng.Trong số này, các vật liệu có lai hóa sp2 là thành viên chính của họ vật liệu cacbon, bao gồm than chì, ống nano cacbon, graphene, fullerene và cacbon thủy tinh vô định hình.
Mẫu than chì và carbon thủy tinh
Trong khi các vật liệu trước đây đã được nhiều người biết đến, ngày nay chúng ta hãy tập trung vào carbon thủy tinh.Carbon thủy tinh, còn được gọi là carbon thủy tinh hoặc carbon thủy tinh, kết hợp các đặc tính của thủy tinh và gốm sứ thành vật liệu carbon phi than chì.Không giống như than chì tinh thể, nó là vật liệu cacbon vô định hình gần như lai 100% sp2.Carbon thủy tinh được tổng hợp bằng cách thiêu kết ở nhiệt độ cao các hợp chất hữu cơ tiền chất, chẳng hạn như nhựa phenolic hoặc nhựa rượu furfuryl, trong môi trường khí trơ.Vẻ ngoài màu đen và bề mặt nhẵn giống như thủy tinh của nó khiến nó có tên là “carbon thủy tinh”.
Kể từ khi các nhà khoa học tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1962, cấu trúc và tính chất của carbon thủy tinh đã được nghiên cứu rộng rãi và vẫn là một chủ đề nóng trong lĩnh vực vật liệu carbon.Carbon thủy tinh có thể được phân thành hai loại: Carbon thủy tinh loại I và loại II.Carbon thủy tinh loại I được thiêu kết từ các tiền chất hữu cơ ở nhiệt độ dưới 2000°C và bao gồm chủ yếu là các mảnh graphene cuộn tròn được định hướng ngẫu nhiên.Mặt khác, carbon thủy tinh loại II được thiêu kết ở nhiệt độ cao hơn (~ 2500°C) và tạo thành ma trận ba chiều đa lớp vô định hình của các cấu trúc hình cầu giống fullerene tự lắp ráp (như thể hiện trong hình bên dưới).
Biểu diễn cấu trúc cacbon thủy tinh (Trái) và Hình ảnh kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao (Phải)
Nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng cacbon thủy tinh Loại II có khả năng nén cao hơn Loại I, do cấu trúc hình cầu giống như fullerene tự lắp ráp của nó.Mặc dù có những khác biệt nhỏ về hình học, cả hai ma trận cacbon thủy tinh Loại I và Loại II về cơ bản đều được cấu tạo từ graphene cuộn tròn không trật tự.
Ứng dụng của Carbon thủy tinh
Carbon thủy tinh sở hữu nhiều đặc tính vượt trội, bao gồm mật độ thấp, độ cứng cao, độ bền cao, khả năng chống thấm cao đối với khí và chất lỏng, độ ổn định nhiệt và hóa học cao, giúp nó được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như sản xuất, hóa học và điện tử.
01 Ứng Dụng Nhiệt Độ Cao
Carbon thủy tinh thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ hoặc chân không, chịu được nhiệt độ lên tới 3000°C.Không giống như các vật liệu chịu nhiệt độ cao bằng gốm và kim loại khác, độ bền của carbon thủy tinh tăng theo nhiệt độ và có thể đạt tới 2700K mà không bị giòn.Nó cũng có khối lượng thấp, hấp thụ nhiệt thấp và giãn nở nhiệt thấp, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng nhiệt độ cao khác nhau, bao gồm ống bảo vệ cặp nhiệt điện, hệ thống tải và các bộ phận lò.
02 Ứng dụng hóa học
Do khả năng chống ăn mòn cao, cacbon thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong phân tích hóa học.Thiết bị làm từ cacbon thủy tinh mang lại nhiều ưu điểm hơn so với các thiết bị phòng thí nghiệm thông thường được làm từ bạch kim, vàng, các kim loại chống ăn mòn khác, gốm sứ đặc biệt hoặc nhựa dẻo.Những ưu điểm này bao gồm khả năng chống lại tất cả các tác nhân phân hủy ướt, không có hiệu ứng nhớ (sự hấp phụ và giải hấp không kiểm soát của các nguyên tố), không làm ô nhiễm các mẫu được phân tích, khả năng chống axit và kiềm nóng chảy và bề mặt thủy tinh không xốp.
03 Công nghệ nha khoa
Nồi nấu kim loại bằng carbon thủy tinh thường được sử dụng trong công nghệ nha khoa để nấu chảy kim loại quý và hợp kim titan.Chúng mang lại những ưu điểm như độ dẫn nhiệt cao, tuổi thọ dài hơn so với nồi nấu kim loại, không bám dính kim loại quý nóng chảy, khả năng chống sốc nhiệt, khả năng ứng dụng cho tất cả các kim loại quý và hợp kim titan, sử dụng trong máy ly tâm đúc cảm ứng, tạo ra bầu khí quyển bảo vệ kim loại nóng chảy, và loại bỏ sự cần thiết của thông lượng.
Việc sử dụng nồi nấu kim loại bằng thủy tinh giúp giảm thời gian gia nhiệt và nấu chảy, đồng thời cho phép cuộn dây gia nhiệt của bộ phận nấu chảy hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn so với các thùng chứa gốm truyền thống, do đó giảm thời gian cần thiết cho mỗi lần đúc và kéo dài tuổi thọ của nồi nấu kim loại.Hơn nữa, khả năng không thấm ướt của nó giúp loại bỏ mối lo ngại về thất thoát vật liệu.
04 Ứng dụng bán dẫn
Carbon thủy tinh, với độ tinh khiết cao, khả năng chống ăn mòn đặc biệt, không tạo ra hạt, độ dẫn điện và tính chất cơ học tốt, là vật liệu lý tưởng để sản xuất chất bán dẫn.Nồi nấu kim loại và thuyền làm từ cacbon thủy tinh có thể được sử dụng để nấu chảy theo vùng các thành phần bán dẫn bằng phương pháp Bridgman hoặc Czochralski, tổng hợp gali arsenua và nuôi cấy đơn tinh thể.Ngoài ra, carbon thủy tinh có thể đóng vai trò là thành phần trong hệ thống cấy ion và điện cực trong hệ thống khắc plasma.Độ trong suốt cao của tia X cũng làm cho chip carbon thủy tinh phù hợp với chất nền của mặt nạ tia X.
Tóm lại, carbon thủy tinh có các đặc tính đặc biệt bao gồm khả năng chịu nhiệt độ cao, độ trơ hóa học và hiệu suất cơ học tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Liên hệ với Semicera để có các sản phẩm carbon thủy tinh tùy chỉnh.
E-mail:sales05@semi-cera.com
Thời gian đăng: 18-12-2023