چه تفاوت‌هایی بین ذرات گرافیت مصنوعی و گرافن وجود دارد؟

سلام! اگر اهل دنیای مواد مبتنی بر کربن هستید، احتمالاً نام ذرات گرافیت مصنوعی و گرافن را شنیده اید. من به عنوان تامین کننده ذرات گرافیت مصنوعی، سوالات زیادی در مورد تفاوت بین این دو داشتم. بنابراین، بیایید مستقیماً وارد آن شویم و آن را به روشی که به راحتی قابل درک باشد تجزیه کنیم.

ساختار

بیایید با ساختار شروع کنیم - این پایه و اساس همه چیز است. ذرات گرافیت مصنوعی از لایه های زیادی از ورقه های گرافن که روی هم قرار گرفته اند تشکیل شده اند. این لایه ها توسط نیروهای ضعیف واندروالس در کنار هم نگه داشته می شوند. این مانند یک پشته کاغذ است که در آن هر ورق هنوز می تواند کمی نسبت به بقیه جابجا شود، اما همه آنها بخشی از یک پشته بزرگ هستند.

در طرف مقابل، گرافن یک لایه منفرد از اتم های کربن است که در یک شبکه شش ضلعی قرار گرفته اند. مانند آن یک ورق کاغذ کامل به تنهایی است که در آن هر اتم کربن به شکلی فوق العاده سازمان یافته به همسایگان خود متصل است. این ساختار تک لایه به گرافن برخی از خواص واقعا منحصر به فرد می دهد که در ذرات گرافیت مصنوعی نخواهید یافت.

فرآیند تولید

نحوه ساخت این دو ماده نیز بسیار متفاوت است. ذرات گرافیت مصنوعی معمولاً از طریق فرآیندی به نام گرافیت سازی تولید می شوند. ما یک ماده غنی از کربن مانند کک نفتی یا قطران زغال سنگ را می گیریم و آن را تا دمای بسیار بالا گرم می کنیم - ما در مورد 2500 تا 3000 درجه سانتیگراد صحبت می کنیم. این گرمای زیاد باعث می‌شود اتم‌های کربن خود را دوباره در ساختار گرافیت لایه‌ای قرار دهند. کمی شبیه پختن کیک است، اما به جای آرد و تخم مرغ، از کربن و مقدار زیادی حرارت استفاده می کنیم.

از سوی دیگر، گرافن را می توان به چند روش مختلف ساخت. یکی از روش های رایج لایه برداری مکانیکی است که اساساً مانند لایه برداری از یک بلوک گرافیتی با استفاده از نوار چسب است. ممکن است ساده به نظر برسد، اما در واقع کمی سخت است و فقط مقادیر کمی گرافن را در یک زمان به شما می دهد. روش دیگر رسوب شیمیایی بخار (CVD) است که در آن گازهای حاوی کربن گرم می شوند و روی سطح فلزی رسوب می کنند تا گرافن را تشکیل دهند. این یک روش پیشرفته تر برای ساخت گرافن است، اما همچنین پیچیده تر و گران تر است.

خواص فیزیکی

حالا بیایید در مورد خواص فیزیکی صحبت کنیم. ذرات گرافیت مصنوعی رسانای عالی گرما و الکتریسیته هستند، اما به دلیل ساختار لایه ای آنها، رسانایی آنها بسته به جهت می تواند متفاوت باشد. آنها همچنین نسبتاً سخت و متراکم هستند، که آنها را برای استفاده در مواردی که به مواد سخت و بادوام نیاز دارید عالی می کند. به عنوان مثال، آنها اغلب در باتری ها، به عنوان الکترود در دستگاه های الکتریکی و حتی در برخی از برنامه های کاربردی در دمای بالا استفاده می شوند.

برخی از محصولات درجه یک گرافیت مصنوعی ما را بررسی کنید:گرانول های ستونی گرافیت مصنوعی 96.5% کربن ثابت 0.08% گوگرد،ذرات گرافیت مصنوعی کم گوگرد و خاکستر کم، وگرافیت مصنوعی 1-5 میلی متری گوگرد کم.

از سوی دیگر، گرافن، رسانایی را به سطح جدیدی می برد. این بهترین رسانای گرما و الکتریسیته است که در دمای اتاق می شناسیم. همچنین فوق العاده قوی است - در واقع، حدود 200 برابر قوی تر از فولاد است. و چون فقط یک لایه اتم است، فوق العاده سبک و انعطاف پذیر است. می‌توانید بدون شکستن آن را خم کنید و کشش دهید، که استفاده از آن را در مواردی مانند الکترونیک انعطاف‌پذیر و کامپوزیت‌های با استحکام بسیار جالب می‌کند.

خواص شیمیایی

از نظر شیمیایی، ذرات گرافیت مصنوعی نسبتاً پایدار هستند. آنها به راحتی با اکثر مواد شیمیایی واکنش نشان نمی دهند، به همین دلیل است که می توان از آنها در محیط های شیمیایی خشن استفاده کرد. با این حال، تحت شرایط شدید، مانند دمای بسیار بالا یا در حضور عوامل اکسید کننده قوی، آنها می توانند شروع به واکنش کنند.

گرافن از نظر شیمیایی نیز پایدار است، اما به دلیل ساختار منحصربه‌فردش، می‌تواند به روش‌های واقعاً جالبی با برخی مولکول‌ها تعامل داشته باشد. به عنوان مثال، می تواند گازهایی مانند هیدروژن و اکسیژن را روی سطح خود جذب کند، که می تواند در مواردی مانند ذخیره سازی گاز و حسگرها کاربرد داشته باشد.

برنامه های کاربردی

تفاوت در ساختار، خواص و فرآیندهای تولید به این معنی است که ذرات گرافیت مصنوعی و گرافن در کاربردهای مختلف استفاده می شوند. ذرات گرافیت مصنوعی در همه جا هستند - آنها در ترمزهای خودرو برای کمک به اتلاف گرما، در باتری‌های لیتیوم یون برای ذخیره و آزاد کردن انرژی و در تولید بوته‌ها برای ذوب فلزات هستند.

گرافن، به دلیل خواص شگفت انگیزش، برای برخی کاربردهای واقعاً پیشرفته مورد بررسی قرار گرفته است. می‌توان از آن در تراشه‌های رایانه‌ای بسیار سریع، در حسگرهای فوق‌العاده حساس که می‌توانند حتی کوچک‌ترین مقدار مواد را شناسایی کنند، و در نمایشگرهای انعطاف‌پذیری که می‌توانید مانند روزنامه بغلتانید، استفاده کرد.

هزینه

هنگام انتخاب یک ماده، هزینه همیشه یک عامل است. تولید ذرات گرافیت مصنوعی عموما مقرون به صرفه‌تر است، زیرا فرآیند تولید به خوبی تثبیت شده و مواد خام نسبتاً ارزان هستند. این باعث می‌شود آنها برای برنامه‌هایی که هزینه در آنها اهمیت زیادی دارد، انتخابی عالی باشند.

از سوی دیگر، گرافن هنوز هم بسیار گران است. روش هایی که ما برای ساخت آن استفاده می کنیم یا کم بازده هستند، مانند لایه برداری مکانیکی، یا به تجهیزات گران قیمت و گازهای با خلوص بالا مانند CVD نیاز دارند. با این حال، با پیشرفت فناوری و افزایش تولید، امیدواریم شاهد کاهش قیمت گرافن باشیم.

نتیجه گیری

بنابراین، شما آن را دارید - تفاوت های اصلی بین ذرات گرافیت مصنوعی و گرافن. به عنوان تامین کننده ذرات گرافیت مصنوعی، می دانم که درک این تفاوت ها چقدر مهم است تا بتوانید مواد مناسب را برای نیازهای خود انتخاب کنید. چه به دنبال ماده ای مطمئن و مقرون به صرفه برای کاربردهای روزمره خود باشید و چه در حال کاوش در مرزهای فناوری با گرافن هستید، همه چیز در مورد یافتن مناسب است.

اگر علاقه مند به خرید ذرات گرافیت مصنوعی برای پروژه خود هستید، در تماس با آن درنگ نکنید. ما طیف گسترده ای از محصولات با کیفیت بالا را داریم که می تواند نیازهای خاص شما را برآورده کند. بیایید در مورد اینکه چگونه می توانیم برای موفقیت پروژه شما با هم کار کنیم، گپ بزنیم!

مراجع

• Dresselhaus، MS، Dresselhaus، G.، & Eklund، PC (1996). علم فولرن ها و نانولوله های کربنی: خواص و کاربرد آنها در دستگاه های الکترونیکی و نوری مطبوعات دانشگاهی.
• Geim، AK، و Novoselov، KS (2007). ظهور گرافن مواد طبیعت، 6(3)، 183-191.
• Tang, L., & Zheng, S. (2015). گرافیت مصنوعی: ویژگی‌های ساختاری، آماده‌سازی و کاربردها. مجله علم و فناوری مواد، 31(1)، 1-11.