El carboni és un dels elements més comuns a la natura, que inclou les propietats de gairebé totes les substàncies que es troben a la Terra.Presenta una àmplia gamma de característiques, com ara duresa i suavitat variables, comportament d'aïllament-semiconductor-superconductor, aïllament tèrmic-superconductivitat i transparència total d'absorció de llum.Entre aquests, els materials amb hibridació sp2 són els principals membres de la família de materials de carboni, com ara el grafit, els nanotubs de carboni, el grafè, els fulerens i el carboni vidre amorf.
Mostres de grafit i carboni vidre
Tot i que els materials anteriors són coneguts, centrem-nos avui en el carboni vidre.El carboni vidre, també conegut com a carboni vidre o carboni vitri, combina les propietats del vidre i la ceràmica en un material de carboni no grafit.A diferència del grafit cristal·lí, és un material de carboni amorf que està gairebé 100% hibridat amb sp2.El carboni vidre es sintetitza mitjançant la sinterització a alta temperatura de compostos orgànics precursors, com ara resines fenòliques o resines d'alcohol furfurílic, sota una atmosfera de gas inert.El seu aspecte negre i la seva superfície llisa semblant al vidre li van valdre el nom de "carboni vidre".
Des de la seva primera síntesi per part dels científics el 1962, l'estructura i les propietats del carboni vidre s'han estudiat àmpliament i segueixen sent un tema candent en el camp dels materials de carboni.El carboni vidre es pot classificar en dos tipus: el tipus I i el tipus II.El carboni vidre de tipus I es sinteritza a partir de precursors orgànics a temperatures inferiors a 2000 °C i consisteix principalment en fragments de grafè ondulats orientats aleatòriament.El carboni vidre de tipus II, d'altra banda, es sinteritza a temperatures més altes (~ 2500 ° C) i forma una matriu tridimensional amorfa multicapa d'estructures esfèriques semblants a fullerè autoensamblades (com es mostra a la figura següent).
Representació de l'estructura de carboni vidre (esquerra) i imatge de microscòpia electrònica d'alta resolució (dreta)
Investigacions recents han descobert que el carboni vidre de tipus II presenta una compressibilitat superior a la del tipus I, que s'atribueix a les seves estructures esfèriques de fullereno autoassemblades.Malgrat les lleugeres diferències geomètriques, tant les matrius de carboni vidre de tipus I com de tipus II estan compostes essencialment de grafè ondulat desordenat.
Aplicacions del carboni vidre
El carboni vidre posseeix nombroses propietats destacades, com ara baixa densitat, alta duresa, alta resistència, alta impermeabilitat a gasos i líquids, alta estabilitat tèrmica i química, que el fan àmpliament aplicable en indústries com ara la fabricació, la química i l'electrònica.
01 Aplicacions d'alta temperatura
El carboni vidre presenta una resistència a alta temperatura en entorns de gas inert o buit, suportant temperatures de fins a 3000 °C.A diferència d'altres materials ceràmics i metàl·lics d'alta temperatura, la força del carboni vidre augmenta amb la temperatura i pot arribar fins a 2700K sense tornar-se trencadissa.També posseeix massa baixa, baixa absorció de calor i baixa expansió tèrmica, el que el fa adequat per a diverses aplicacions d'alta temperatura, inclosos tubs de protecció de termoparells, sistemes de càrrega i components del forn.
02 Aplicacions químiques
A causa de la seva alta resistència a la corrosió, el carboni vidre té un ús extensiu en anàlisis químiques.Els equips fets amb carboni vidre ofereixen avantatges respecte als aparells de laboratori convencionals fets de platí, or, altres metalls resistents a la corrosió, ceràmiques especials o fluoroplàstics.Aquests avantatges inclouen resistència a tots els agents de descomposició humits, cap efecte de memòria (adsorció i desorció incontrolada d'elements), no contaminació de les mostres analitzades, resistència als àcids i a les foses alcalines i una superfície vidriada no porosa.
03 Tecnologia dental
Els gresols de carboni vidre s'utilitzen habitualment en tecnologia dental per fondre metalls preciosos i aliatges de titani.Ofereixen avantatges com ara una alta conductivitat tèrmica, una vida útil més llarga en comparació amb els gresols de grafit, sense adhesió de metalls preciosos foss, resistència al xoc tèrmic, aplicabilitat a tots els metalls preciosos i aliatges de titani, ús en centrífugues de fosa per inducció, creació d'atmosferes protectores sobre metalls foss, i eliminació de la necessitat de flux.
L'ús de gresols de carboni vidre redueix els temps d'escalfament i fusió i permet que les bobines d'escalfament de la unitat de fusió funcionin a temperatures més baixes que els recipients de ceràmica tradicionals, disminuint així el temps necessari per a cada colada i allargant la vida útil del gresol.A més, la seva no humectabilitat elimina els problemes de pèrdua de material.
04 Aplicacions de Semiconductors
El carboni vidre, amb la seva alta puresa, resistència a la corrosió excepcional, absència de generació de partícules, conductivitat i bones propietats mecàniques, és un material ideal per a la producció de semiconductors.Els gresols i els vaixells fets de carboni vidre es poden utilitzar per a la fusió de zones de components semiconductors mitjançant els mètodes de Bridgman o Czochralski, síntesi d'arsenur de gal·li i creixement d'un sol cristall.A més, el carboni vidre pot servir com a components en sistemes d'implantació iònica i elèctrodes en sistemes de gravat per plasma.La seva alta transparència de raigs X també fa que els xips de carboni de vidre siguin adequats per a substrats de màscara de raigs X.
En conclusió, el carboni vidre ofereix propietats excepcionals que inclouen resistència a altes temperatures, inercia química i un excel·lent rendiment mecànic, el que el fa adequat per a una àmplia gamma d'aplicacions en diverses indústries.
Poseu-vos en contacte amb Semicera per obtenir productes de carboni de vidre personalitzats.
Correu electrònic:sales05@semi-cera.com
Hora de publicació: 18-12-2023