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柔性石墨

  同化液相法是将插入物质与石墨直接同化,正在活动性惰性气体扞卫下或密封体系中举办加热反响制备可膨胀石墨。大凡用于合成碱金属—石墨层间化合物(GICs)。长处:反响工艺轻易,反响速率较速,通过转移石墨原料与插入物的配比可抵达必定构造与构成的可膨胀石墨,较为适合大方出产。短处:变成的产品担心定,处分GICs外外附着的逛离插入物质时较为贫苦,且大方合成时难以包管石墨层间化合物的类似性。

  加压法是将石墨基体与碱土金属和稀土金属粉末同化,正在加压要求下,反响天生M-GICs。短处:惟有当金属的蒸汽压赶过某一阈值时,插入反响技能举办;然而,温渡过高,易惹起金属与石墨天生碳化物,爆发负反响,因而反响温度务必调控正在必定领域内。稀土金属要爆发插入反响温度要很高,因而务必加压来低浸反响温度。本步骤适宜于制备低熔点的金属-GICs,但安装较庞大,操作条件苛苛,现正在已很少采用。稀土金属正在差别蒸汽压下需抵达的温度(℃)

  电化学法是正在恒定电流下,以插入物的水溶液为电解液,将石墨与金属资料(不锈钢资料、铂板、铅板、钛板等)组成复合阳极,正在电解液中插入金属资料做阴极,组成闭合回途;或是将石墨悬浮正在电解液中,正在电解液中同时插入阴、阳极板,通过对两个电极通电的步骤,举办阳极氧化。石墨的外外被氧化成碳正离子,同时正在静电引力和浓度差扩散的合伙用意下,酸根离子或其他极性插入剂离子嵌入石墨层间变成可膨胀石墨。相对待化学氧化法,电化学法制备可膨胀石墨的全数历程无需运用氧化剂,处分量大,腐化性物质残留量小,反响后电解液可能轮回运用,低浸了酸液用量,俭约了本钱,削减了对境遇的污染,对装备摧残较低,拉长运用寿命。近年来,电化学法依据浩繁优异性逐渐成浩繁企业为制备可膨胀石墨的首选步骤。

  爆炸法中大凡操纵石墨与膨胀剂如KClO4、Mg(ClO4)2·nH2O、Zn(NO3)2·nH2O等制得的烟炸药或同化物,当其被加热时石墨会同时爆发氧化和插层反响变成层间化合物,其再以“爆炸”式的形式举办膨化,从而取得膨胀石墨。当用金属盐做膨胀剂时产品对照庞大,个中不但有膨胀石墨,再有金属氧化物,这就可使膨胀石墨外外被改性;但膨胀剂为HClO4时产品对照简单,个中惟有膨胀石墨。该法操作轻易、反适时间短、可举办安排,然则产品的纯度较低,且实践历程垂危性较高,故实质中大凡无须此法制备可膨胀石墨。

  化学氧化法是一种制备可膨胀石墨的古代步骤,此法将自然鳞片石墨与适量的氧化剂和插层剂匀称同化,限制必定的温度,不竭搅拌,经水洗、过滤、烘干即取得可膨胀石墨。化学氧化法以装备轻易、操作容易、本钱低等长处成为工业上行使相对较众和较成熟的步骤。化学氧化法工艺环节轻易来说搜罗氧化、插层。石墨的氧化是可膨胀石墨变成的基本要求,这是由于插层反响能否顺遂举办,要害取决于石墨层间的翻开水准。而自然石墨正在常温下具有极好的安定性和耐酸碱性,故不与酸碱反响,因而,氧化剂的插足成为化学氧化法中必不欠缺的要害组分。氧化剂品种许众,大凡采用的氧化剂是固体氧化剂(如高锰酸钾、重铬酸钾、三氧化铬、氯酸钾等),也可能是少少具有氧化性的液体氧化剂(如过氧化氢、硝酸等)。通过近年来钻探发明,制备可膨胀石墨常用的紧要氧化剂以高锰酸钾为主。正在氧化剂的用意下,石墨被氧化而使石墨层的中性网状大分子酿成带有正电荷的平面大分子,因为同性正电荷的相斥用意,石墨层间隔绝增大,这就为插层剂顺遂进入到石墨层间供给了通道和空间。可膨胀石墨的制备工艺中插层剂众以酸为主,近几年的钻探职员紧要以硫酸、硝酸、磷酸、高氯酸、混酸和冰乙酸等为主。

  气相扩散法是将插层剂以气态办法与石墨爆发接触爆发插层反响,制备可膨胀石墨。大凡将石墨和插入物辞别置于耐热玻璃反响器两头,将其抽真空熔封,因而别名双室法。工业上时时操纵这种步骤合成卤化物-EG、碱金属-EG。长处:的构造和阶数均可举办限制,且其反响物和产品容易被离开。短处:反响安装对照庞大,操作对照难,所以节制了产量,并且反响要正在高温要求下举办,所需年光较长,并且反响要求条件很高,其制备境遇务必是真空,因而使得其出产本钱对照高,不适合大范围出产行使。

  熔融法是将石墨与插层物质同化并加热制备可膨胀石墨。是基于各组分共晶可使体例熔点低浸(低于各组分的熔点)的性子而提出来的,是一种可同时将两种或两种以上物质(务必能变成熔融盐体例)插入石墨层间的制备三元或众元GICs的步骤。大凡用于制备金属氯化物—GICs。长处:合成产品安定性较好,易于水洗,反响安装较为轻易,反响温度较低,年光较短,适于大范围出产。短处:正在反响历程中难以限制产品的阶构造与构成,正在巨额量合成时难以包管产品阶构造和构成的类似性。

  可膨胀石墨是操纵物理或化学步骤将性子异于石墨的外来物质插入石墨片层的层间化合物,高温受热可速速膨胀制得膨胀石墨。它动作一种新型炭功用资料,具有许众额外本能,可渊博行使于电极资料、石油化工、防火阻燃、吸油资料、境遇扞卫、医用敷料、军用发烟剂及防静电涂料等范围。

  除了以上文中提及的制备步骤,合成 GICs 步骤再有催化剂法、光化学法等,这些合成步骤,各有其长处和亏折之处,合成对象亦不尽一样,很少采用。目前化学氧化法和电化学法是行使最广泛的制备步骤。加倍是电化学法,依据境遇污染小、本钱低、处分量大、酸液可接管运用等长处,近年来备受合切。