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石墨的六大分類及應(yīng)用

 我國的石墨資源豐富、分布廣泛，但很多都是中小型礦產(chǎn)，出現(xiàn)了很多的私人石墨小礦，石墨礦產(chǎn)品附加值極低。我國經(jīng)過多年的努力，國家投入了大量的資金與科技人員，經(jīng)過礦產(chǎn)企業(yè)的重組以及石墨利用水平的不斷提高，我國的石墨資源得到了更加有效的利用，如今我國已經(jīng)研發(fā)出了高純石墨、等靜壓石墨、膨脹石墨、氟化石墨、膠體石墨、石墨烯等多種高性能石墨產(chǎn)品。

1、高純石墨

高純石墨(含碳量>99.99%)因其具有鱗片結(jié)晶完整、片薄、良好的導(dǎo)熱性能、耐高溫和抗腐蝕等特點(diǎn)被應(yīng)用于軍事工業(yè)火工材料安定劑、冶金工業(yè)高級耐火材料和化肥工業(yè)催化劑、添加劑等。

2、等靜壓石墨

等靜壓石墨由高純石墨壓制而成，它具有熱膨脹系數(shù)低、耐熱性好、耐化學(xué)腐蝕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好等特點(diǎn)。等靜壓石墨是國際上近50年發(fā)展起來的新產(chǎn)品，不僅在民用上大有作為，在國防尖端上也占有重要地位，屬新型材料，令人矚目。主要應(yīng)用于以下幾方面。

(1)多晶硅鑄錠爐用加熱器。

近年來隨著全球氣候變暖，人類對地球的保護(hù)意識逐漸增強(qiáng)，有越來越多的人開始青睞不排放二氧化碳的自然能源。在這種大趨勢下，太陽能電池便成為了新時(shí)代的“寵兒”。在制造其過程中用到的鑄錠爐加熱器便需要用等靜壓石墨來制作。

(2)高溫氣冷堆(核裂變堆)。

由于高溫氣冷堆中用作慢化劑的石墨必須具有輻照蠕變及對變形所產(chǎn)生的輻照應(yīng)力有很強(qiáng)的耐受力，便提出了模塊化高溫氣冷堆。當(dāng)代新型超高溫核反應(yīng)堆，具有高功率密度、高溫等特點(diǎn)，這對新一代石墨材料提出了更高的要求：物美價(jià)廉、超高的輻照損傷耐受力、產(chǎn)品均質(zhì)化等。

(3)核聚變反應(yīng)堆。

石墨由于自身特殊的性質(zhì)使得其在核聚變反應(yīng)堆中也具有重要的作用。它能夠在很大程度上減少材料等離子體中的金屬雜質(zhì)，因此對材料等離子體提高能量約束發(fā)揮了巨大作用。隨著核聚變裝置逐漸大型化，導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高的石墨材料脫穎而出被用作面對等離子體的第一壁材料，且其在應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了良好的放電脈沖效果。此外，因石墨具有原子序數(shù)低，引起的輻照損失小等特性，即便混入等離子體中，也能使高溫等離子體保持穩(wěn)定。

(4)放電加工電極。

石墨電極在放電加工用電極中表現(xiàn)出許多優(yōu)點(diǎn)：①質(zhì)量較同類電極較輕，易搬運(yùn);②易加工;③切削加工中不易產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致變形;④極高溫度下，因熱膨脹系數(shù)小，故石墨電極很少因放電加工產(chǎn)生的熱量而變形。但石墨電極也存在一些缺點(diǎn)，如切削加工時(shí)易產(chǎn)生粉塵、易損耗等。

3、可膨脹石墨

可膨脹石墨選用優(yōu)質(zhì)天然鱗片石墨，經(jīng)酸性氧化劑(硫酸、硝酸與雙氧水，高錳酸鉀)處理后的層間化合物，亦稱酸化石墨。膨脹石墨具有耐高溫、耐高壓、密封性好和耐多種介質(zhì)腐蝕等眾多優(yōu)點(diǎn)，是目前新型的高級密封材料。其主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域。



(1)環(huán)保領(lǐng)域。

膨脹石墨具有的親油性和疏水性可以使其在水中有選擇性地去除非水陛溶液，這一特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于海面除去浮油，又因其分子結(jié)構(gòu)上的特殊性質(zhì)，表現(xiàn)出吸附大量油后可集結(jié)成塊，浮在海面，并可再生處理，循環(huán)使用，不會(huì)造成二次污染的特點(diǎn)。膨脹石墨除了可在液相中進(jìn)行選擇性吸附以外，對大氣污染也具有抑制作用，如吸附二氧化碳?xì)怏w等。

(2)密封材料。

膨脹石墨可處理成柔性石墨(熱膨脹系數(shù)小，在低溫下不發(fā)脆、不炸裂，在高溫下不軟化、不蠕變)作為密封材料使用，因而被冠以“密封王”的美譽(yù)。

4、氟化石墨

氟化石墨是現(xiàn)今國際上高科技、高性能、高效益的新型炭、石墨材料研究熱點(diǎn)之一，其性能卓越、品質(zhì)獨(dú)特，廣泛應(yīng)用于功能材料。

(1)用作脫模劑。

氟化石墨具有低表面能的特性，主要應(yīng)用于粉末成型、模鑄、膠合板成型等金屬模的脫模劑。

(2)固體潤滑劑。

由于氟化石墨具有層間能小、低表面能且具有良好的化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，所以其潤滑特性出眾，適合于高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)和高負(fù)荷等苛刻條件下使用，如高溫軸承、飛機(jī)和汽車引擎的潤滑劑等。

(3)電池原料。

由氟—鋰組成的電池雖然具有高能量，但因氟氣有毒，且以氟作為陽極活性物質(zhì)難度極大。但氟化石墨在有機(jī)電解質(zhì)中具有極好的電化學(xué)性質(zhì)，所以被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、鐘表、照相機(jī)的集成電路存儲器上。

5、膠體石墨

膠體石墨主要具有：①潤滑性。在一些摩擦強(qiáng)度大的機(jī)械中涂抹膠體石墨，會(huì)在摩擦機(jī)械表面形成潤滑薄膜，從而降低摩擦阻力和摩擦產(chǎn)生的溫度，避免機(jī)械出現(xiàn)燒壞、卡死，延長工作壽命;②隔熱|生。因膠體石墨膜面垂直方向具有隔熱作用，所以在熱蒸汽汽缸和透平螺旋槳方面應(yīng)用廣泛;③成膜均勻，且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在電子工業(yè)中用于防止反光，抑制電子二次反射，消除靜電。

6、石墨烯

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，是目前發(fā)現(xiàn)的硬度最高、韌性最強(qiáng)的納米材料。

由于其特殊的原子排列結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的特性，使其得到了廣泛應(yīng)用。

(1)根據(jù)石墨烯超薄(單層石墨烯幾乎透明，其分子排列緊密，即使最小的氦原子也無法通過)，強(qiáng)度超大的特性，可用于制造超輕防彈衣、超薄超輕型飛機(jī)等。

(2)因其導(dǎo)電電子不僅能在晶格中無障礙的移動(dòng)，而且速度極快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的移動(dòng)速度這一特性，被制作成石墨烯導(dǎo)電劑。

(3)其導(dǎo)熱性超過現(xiàn)有一切已知物質(zhì)，加之其導(dǎo)電電子的快速移動(dòng)使其在將來曲面手機(jī)、光子傳感器及超級計(jì)算機(jī)中代替硅得到研究與應(yīng)用。

(4)其他應(yīng)用：科研人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞在石墨烯上無法生長，而人類細(xì)胞卻不會(huì)受損。利用這一點(diǎn);石墨烯可以用來作繃帶、食品包裝等。