Реферат на тему Пироуглерод, стеклоуглерод

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………3
1 Пиролитический углерод……………………………………………… 5
Характеристика и свойства………………………………………………… 5
Способы получения…………………………………………………………6
Направления использования……………………………………16
2 Стеклоуглерод………………………………………………………………… 19
2.1 Характеристика и свойства………………………………………………. 19
2.2 Способы получения………………………………………………………. 21
2.3 Направления использования………………………………………………24
Заключение……………………………………………………………………… 28
Список использованной литературы……………………………………………31

Введение:

Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что интерес к углеродным материалам обусловлен их широким применением в самых различных отраслях науки и техники. В последнее время интерес к углеродным материалам повысился в связи с перспективами их использования в нанотехнологиях. К нанотехнологии принято относить процессы и объекты с характерной длиной от 1 до 100 нм. Верхняя граница нанообласти соответствует минимальным элементам в больших интегральных схемах, широко применяемым в полупроводниковой и компьютерной технике.
Человечество нуждается в новых материалах в связи с бурным развитием таких отраслей как космическая техника, медицина, строительная индустрия, машино-и самолётостроение. Причем зачастую эти материалы должны обладать высокой температурной и химической стойкостью, непроницаемостью для газов и жидкостей. Наиболее распространенными способами улучшения прочностных характеристик материалов являются введение армирующего компонента, использование связующих и др. Современным высокотехнологичным сырьевым ресурсом для модификации свойств материалов является пироуглерод (пиролитический углерод) и стеклоуглерод.
Пиролитический углерод (пироуглерод) — это углеродные плёнки, образующиеся на нагретых поверхностях по причине термического нарушения целостности вещества. Этот класс материалов, который отличается структурой и свойствами, объединённых принципом получения.
Известны 2 основных вида пироуглерода, структура и свойства которых определяется температурой образования:
1.Низкотемпературный – 1000-1200 °C;
2.Высокотемпературный – 1400-2200 °C.
Полученный в интервале 1500-2500 °C при концентрации метана 15% пироуглерод, состоит из конусов роста (пироуглеродная или слоистая структура). Изотропный углерод (сажа + хаотично слоистая структура). Переходный вид, содержащий области слоистых образований и изотропного углерода.
Стеклоуглерод — изотропный, газонепроницаемый, твёрдый материал, сочетающий свойства графита и стекла. Одним из главных его свойств является газонепроницаемость. Кроме того, он химически инертен, особенно в восстановительной атмосфере. Стеклоуглерод хрупок, обладает почти бездефектной внешней поверхностью, чем напоминает неорганическое стекло. Стеклоуглерод — продукт термической переработки сетчатых полимеров, в первую очередь, фенолформальдегидной смолы, а также целлюлозы. Это вещества, структура которых не содержит графитоподобных элементов, но включает большое количество связей С-О и изолированных циклов.
Стеклоуглерод применяется в производстве полупроводниковых материалов, оптических монокристаллов, в электро-кардиостимуляторах и т. д.
Изделия и тигли из стеклоуглерода используются в качестве лабораторной посуды взамен дорогостоящей из платины, молибдена, титана и т.д. для получения высокочистых металлов и их соединений, люминофоров, фторфосфатных и других стёкол, а также спектрального анализа и для различных электрохимических процессов.
Углеграфитовые материалы широко используются в термоядерных и высокотемпературных установках. В связи с этим возникает потребность исследований характеристик таких материалов в зависимости от условий облучения нейтронами и ионами с точки зрения оптимального выбора типа графита для конкретной технологической задачи. Изучению воздействия на углеграфитовые материалы облучения нейтронами и легкими ионами уделялось и уделяется большое внимание
В данной работе будут рассмотрены свойства, методы получения и направления использования указанных материалов.
Пиролитический углерод

Заключение:

Несмотря на то, что человечество использует углерод на протяжения многих тысячелетий, многие его свойства и модификации были открыты относительно недавно. Разработка способов получения углеродных материалов и изучение их свойств продолжается, как и поиски путей их применения в электронике, биологии, медицине и других областях деятельности человека. Свойства уже созданных углеродных материалов вселяют надежду на их широкое применение и появление новых и новых материалов.
Как отмечалось ранее, привлекательность углеродных материалов в качестве электродов обусловлена уникальным сочетанием химических и физических свойств углерода, а именно:
‒ высокой проводимостью
‒развитой удельной поверхностью
‒ коррозионной стойкостью
‒ термической устойчивостью
‒ контролируемой пористой структурой
‒эксплуатационными характеристиками и возможностью использования в составе композиционных материалов
‒ относительно низкой стоимостью
Первые две характеристики являются достаточными критериями, делающими углеродные материалы пригодными для изготовления электродов для электрохимических конденсаторов. Как мы увидели при изучении данного материала, физико-химические особенности углерода позволяют создавать материалы на его основе с варьируемыми значениями электропроводности и удельной поверхности.
В ходе работы были рассмотрены свойства, методы получения и свойства стеклоуглерода и пироуглерода.
В ходе исследования выявлено, что уровень физико – механических, термо-физических характеристик пироуглерода определяется организацией структуры как на наноуровне, так и на надкристаллитном уровне микрогетерогенности. Регулируя структуру пиролитического углерода на разномасштабных уровнях организации можно получить материал в широком диапазоне заданных свойств. Возможность регулирования структурных характеристик задается варьированием технологических параметров, обеспечивающих изменение механизма осаждения и химизма процесса получения пироуглерода. Установление однозначных корреляционных связей «структура–свойство» позволит целенаправленно получать пироуглерод для трибологических и высокотемпературных применений.
На основании проработанного материала можно сделать вывод, что на основе углерода можно создавать перспективные композиционные материалы, что расширяет возможности его использования.
Научный и технологический интерес к материалам на основе конденсированного углерода резко возрос в связи с открытием новых полиморфных углеродных модификаций (нанотрубки, фуллереновые структуры, наноалмазы и т. п.), с разработкой высокоэффективных технологий получения, системного разделения и очистки нанокристаллических структур.
Гомогенные и гетерогенные, кристаллические и аморфные, природные и синтетические материалы на основе конденсированного углерода в силу уникальных технологических свойств имеют широкое применение в классических отраслях промышленности (машиностроение, электрометаллургия, химическая промышленность) и в активно развивающихся современных технологиях (атомная энергетика, аэро- и ракетно-космическая техника, термоэмиссионная микро- и наноэлектроника, инженерная экология).
Пироуглерод и стеклоуглерод получили широкое применение и в новейших научных направлениях (оптически активные и сверхпроводящие материалы, селективные адсорбционные среды, молекулярные полупроницаемые мембраны).
При создании и прогнозировании свойств композитных углеродных материалов актуальной является проблема наличия подробной информации о кристаллической структуре, электронных, фононных свойствах исходных материалов. Колебательные свойства, в отличие от электронных и структурных параметров, нанокристаллических углеродных систем менее изучены и представлены в основном исследованиями по КР-спектроскопии в силу интенсивного поглощения данных материалов в ИК-области спектра.

Фрагмент текста работы:

Пироуглерод схож по свойствам с углеродными волокнами характеризуется следующими физико-механическими особенностями:
— стойкость к эрозии и воздействию агрессивных сред;
— непроницаемость для жидкостей или газов.
Пироуглерод — пленки углерода, образующиеся на нагретых поверхностях в результате термодеструкции углеродсодержащих веществ. Процесс образования пироуглерода можно рассматривать как кристаллизацию из газовой фазы на твердой поверхности (подложке). При t~1700°С получается двухмерно упорядоченный пироуглерод, при t>1800°C образуется упорядоченный трехмерно пирографит. Размер кристаллита определяется числом зародышей, а оно тем больше, чем выше температура, соответственно, при более высокой температуре кристаллиты мельче.
В процессе разложения газообразного углеводорода образуются термодинамически устойчивые при этих температурах водород и углерод, как и в реакции сажеобразования. Экспериментально установлено, что газообразный водород значительно тормозит накопление пироуглерода, поэтому при достаточно большой длине изделия свойства поверхности пироуглерода на ней могут меняться за счет повышения концентрации Н2 в реакционной массе.
Образование пироуглерода на твердой поверхности происходит одновременно с сажеобразованием, протекающим в объеме газовой фазы. Эти реакции протекают параллельно и являются конкурирующими. Существует некоторая пороговая концентрация углеводорода (~3-15 об. %), выше которой выход пироуглерода снижается, и возрастает выход сажи. Значение этой концентрации снижается с уменьшением поверхности отложения пироуглерода, увеличением времени пребывания реагента и реакционного объема. При нагревании пироуглерода до 2500°С и выше он переходит в пирографит.
Общее представление о структуре пироуглерода дают электронно-микроскопические изображения с дифракционным контрастом. Контраст в виде участков светлых, темных и серых тонов разных размеров характерен для пироуглеродных материалов с турбостратной структурой, соответствует известным из литературы изображениям и представляет собой изображение пироуглеродной фазы. Несмотря на изотропные свойства пироуглерода, в нем образуются локальные области микронных размеров, в которых базисные плоскости имеют преимущественную ориентацию. Величина ориентационного угла, характеризующего степень отклонения от направления преимущественной ориентации, в образцах пироуглерода свидетельствует о том, что он подвержен образованию трещин в процессе роста.
В пироуглеродной матрице (чешуйки графена) большинство составляющих её углеродных атомов находится в sp2-гибридизованном состоянии. Характерной структурной особенностью этого углеродного материала является большая открытая пористость.