ガラス状の炭素とは何ですか？ -Veteksemicon

Glassy炭素は、略してGlassy Carbonとしても知られていますが、ガラスの特性を組み合わせた非引換化された炭素です。陶器。それは、不活性ガス雰囲気で高温で重合した有機前駆体を焼結することによって作られています。全体に黒で、ガラスに似た滑らかな表面があるため、Glassy Carbonと呼ばれます。

ⅰ。材料の利点とアプリケーション領域

Glass Carbonには一連の優れた特性があり、さまざまな形状に処理できます。そのため、幅広いアプリケーションの見通しがあります。

● 高温抵抗：ガラス炭素は、脆性なしで約3000°Cで不活性ガスまたは真空で長時間使用できます。これは、ピロメーター保護チューブ、充電システム、高温炉部品など、ほぼすべての高温保護機会に適しています。

● 耐食性：ガラス炭素は、すべての湿潤分解剤、酸、アルカリの溶融物に耐性があり、記憶効果はありません。従来の実験装置で使用でき、分析サンプルには汚染がありません。

● 熱伝導率と非濡れ：ガラス炭素の熱伝導率は〜80W/（m■k）であり、これは金属鉄のそれに近いものです。るつぼとチタン合金を溶かすためにるつぼで使用し、加熱時間と融解時間を短縮できます。その非濡れプロパティは、物質的損失の問題も排除します。

● 高純度と粒子なし：ガラス炭素は、半導体生産に理想的な材料であるるつぼとボートになります。また、イオン移植システムおよびプラズマエッチングシステムの電極の一部として使用することもできます。

● 良好な導電性：ガラス状の炭素電極には、負の電位ゾーンの無機物質と正のポテンシャルゾーンでの有機物質の酸化還元反応を研究するために使用できる広い潜在範囲があります。科学者は、ガラス状の炭素電極センサーを使用して、薬物のボルタンメトリック分析を完了し、超安定したペロブスカイト光電極を実現しました。

ガラスの炭素とライトアブソーバーからペロブスカイト光アノードを準備するプロセスの概略図

ⅱ。材料の構造と特性に関する研究

科学者は1962年に最初にガラス状の炭素を合成して以来、ガラス炭素の構造と特性の研究は、炭素材料の分野でホットな話題でした。ガラス炭素は、典型的なSP2ハイブリダイズ型型炭素構造です。タイプIガラスの炭素は、2000°C未満の温度で焼結の重合有機物によって形成され、その内部は主に障害のあるカールしたグラフェン断片で構成されています。タイプIIのガラス状炭素は、より高い温度で焼結され、障害のある多層グラフェン3次元マトリックスです。

技術的手段の開発により、ガラス炭素の構造的進化と固有の特性がさらに明らかになりました。 500-1200°Cの温度範囲におけるポリマー熱分解の構造進化を視覚化するために、in situ高解像度透過電子顕微鏡（HR-TEM）で使用したKarlsruher InstitutFürTechnologie。結果は、次のことを示しました。

●フラーレン、強く湾曲したグラフェンシート、および比較的大きなサイズと形状、積み重ねられた（<10層）または相互接続されたグラフェンフラグメントを備えたガラス状の炭素で共存する小さな2次元グラフェンシート。

●ガラス状炭素のマイクロポアは、フラーレン構造の分布と割合がサンプルの表面積に強く依存するため、完全にフラーレン構造に起因するものではありません。少数のグラフェン構造とは異なり、3Dサンプルのランダムな孔は大多数を占めています。

●グラフェンフラグメントはσおよびπ結合と相互接続されており、ガラス状の炭素のC-C結合長の範囲をもたらし、固有の非6メバルのリングはさらに結合長の多様性につながります。

●グラフェンの断片が常に増加するとは限らず、低温での局所不安定性により、小さなフレークが時々分離または大きなフレークと融合します。 J. BauerおよびKarlsruhe Institute of Technologyのその他は、フォトリソグラフィを使用してポリマーハニカムマイクロアーキテクチャを処理し、1μm未満の単一の柱と200nmの直径が200nmを超える超強力ナノグラス炭素を調製しました。材料強度は3GPaと高く、ガラス炭素の理論的強度とほぼ同等です。ガラスの炭素ハニカムトポロジー構造の密度はわずか0.6g/cmです³、1.2GPAの効果的な強度を達成します。

熱分解中の小さなグラフェンフレークの移動のTEM画像。 

（A-C）大きなグラフェンブロックから分離された円形のフレーク（矢印1）; 

（D-F）780°Cで隣接する材料と融合したフレーク（矢印2）。スケールバー：2 nm。

A、B、熱分解前のポリマー構造：全体の構造（a）および単一のユニットセルのクローズアップ（b）;

c、d、ナノラッティは、熱分解中の初期サイズの約20％に等方で縮小します。

ⅲ。業界のレイアウトとアプリケーションの拡張

Luton ElectrochemistryとChenruiの新しい材料は、ガラス状の炭素の国内調製を達成し、5μmレベルの超薄型ガラス炭素製品の大量生産を達成しました。

将来の開発動向は次のとおりです。

●SIC結晶成長の熱電場安定性の問題を解決しながらエネルギー消費量を20％削減するために、結晶成長炉の断熱材として使用される半導体グレードのガラス状カーボンコーティングの大規模な用途を実現します。

●新しいエネルギー車両の燃料電池の双極プレート材料としてのガラス炭素は、バッテリー効率を15％向上させる可能性があります。

●軽量のガラス炭素複合材料（ρ<1.3g/cm³）は、温度抵抗を大幅に改善するためにロケットエンジンノズルで使用されます。

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