Стекло, как углерод , который часто называют стеклоуглеродом или стекловидным углеродом , является неграфитизированным или nongraphitizable, углерод , который сочетает в себе стекловидные и керамические свойства со свойствами графита . Наиболее важными свойствами являются высокая термостойкость, твердость (7 по шкале Мооса ), низкая плотность, низкое электрическое сопротивление, низкое трение, низкое термическое сопротивление, чрезвычайная стойкость к химическому воздействию и непроницаемость для газов и жидкостей. Стеклоуглерод широко используется в качестве электродного материала в электрохимии , для изготовления высокотемпературных тиглей., и как компонент некоторых протезов. Он может быть изготовлен в различных формах, размерах и сечениях.
Названия « стеклоуглерод» и « стекловидный углерод» зарегистрированы как торговые марки, и IUPAC не рекомендует использовать их в качестве технических терминов. [1]
Стекловидный углерод также может производиться в виде пены, называемой сетчатым стекловидным углеродом (RVC). Эта пена была впервые разработана в середине-конце 1960-х годов как теплоизолирующий микропористый стеклоуглеродный электродный материал. Пена RVC - это прочная, инертная, электрически и теплопроводная и коррозионно-стойкая пористая форма углерода с низким сопротивлением потоку газа и жидкости. Благодаря этим характеристикам RVC наиболее широко используется в научной работе в качестве трехмерного электрода в электрохимии. [2] Кроме того, пены RVC характеризуются исключительно большим объемом пустот, большой площадью поверхности и очень высоким термическим сопротивлением в неокисляющих средах, что позволяет проводить тепловую стерилизацию и облегчает манипуляции в биологических приложениях.
История [ править ]
 | Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( июль 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Стеклоуглерод был впервые обнаружен в лабораториях компании Carborundum в Манчестере, Великобритания, в середине 1950-х годов Бернардом Редферном , материаловедом и технологом по алмазам. Он заметил, что скотч, который он использовал для удержания керамических образцов (сопла ракеты) в печи, сохранял своего рода структурную идентичность после обжига в инертной атмосфере. Он искал полимерную матрицу , чтобы отразить структуру алмаза и обнаружил резольную смолу , которая, со специальной подготовкой, установленной без катализатора. Тигли были изготовлены с использованием этой фенольной смолы и распространены среди таких организаций, как UKAEA Harwell.
Бернард Редферн покинул компанию Carborundum Co., которая официально списала со счетов все интересы в изобретении стеклоуглерода. Во время работы в компании PlesseyЛаборатория (в заброшенной церкви) в Таустере, Великобритания, Редферн получила от UKAEA тигель из стеклоуглерода для дублирования. Он определил, что это он сделал из отметок, которые он выгравировал на неотвержденном прекурсоре перед карбонизацией - выгравировать готовый продукт почти невозможно. Компания Plessey создала лабораторию, сначала на фабрике, которая раньше использовалась для изготовления трубок из бриара в Личборо, а затем - на постоянном предприятии в Касуэлле, недалеко от Блэйксли. Касуэлл стал Исследовательским центром Плесси, а затем Исследовательским центром Аллена Кларка. Стеклянный углерод прибыл в Plessey Company Limited как свершившийся факт. Дж. К. Льюис был назначен в Редферн лаборантом по производству стеклоуглерода. FC Cowlard был переведен в отдел Редферна позже,в качестве администратора лаборатории - Каулард был администратором, ранее имевшим некоторую связь с Силаном (Силан, патент США 3,155,621, 3 ноября 1964 г.). Ни он, ни Льюис ранее не имели отношения к стеклоуглероду. Вклад Бернарда Редферна в изобретение и производство стеклообразного / стекловидного углерода отмечен его соавторством в ранних статьях.[3] Но ссылки на Редферна не были очевидны в последующих публикациях Коуларда и Льюиса. [4] Существуют оригинальные тигли для лодок, стержни толстого сечения и образцы-прекурсоры.
Заявка Редферна на патент в Великобритании была подана 11 января 1960 года, и Бернард Редферн был автором патента США US3109712A, выданного 5 ноября 1963 года, с датой приоритета 11 января 1960 года, датой подачи 9 января 1961 года. [5] Это произошло после аннулирования британского патента. Этот предшествующий уровень техники не упоминается в патенте США 4668496 от 26 мая 1987 г. на стекловидный углерод. Были поданы патенты на «Тела и формы из углеродистых материалов и способы их производства», а название «Стекловидный углерод» было подарено продукту сыном Редферна.
Стекловидный / стекловидный углерод исследовался, использовался для компонентов систем термоядерной детонации, и, по крайней мере, некоторые патенты, связанные с этим материалом, были аннулированы (в интересах национальной безопасности) в 1960-х годах.
Большие срезы исходного материала были изготовлены в виде отливок, отливок или механически обработаны для придания заданной формы. Изготавливались тигли и другие формы. Карбонизация проходила в два этапа. Усадка во время этого процесса значительна (48,8%), но абсолютно равномерна и предсказуема. Гайка и болт могут быть изготовлены по размеру полимера, обработаны отдельно и впоследствии идеально подогнаны.
Некоторые из первых сверхчистых образцов арсенида галлия подвергались зонной очистке в этих тиглях. (Стеклоуглерод чрезвычайно чист и не реагирует с GaAs).
Легированный / нечистый стеклоуглерод демонстрирует полупроводниковые явления.
Были изготовлены включения карбида урана (с использованием карбида U238 в экспериментальном масштабе).
11 октября 2011 года исследование, проведенное в Геофизической лаборатории Карнеги под руководством Венди Л. Мао из Стэнфорда и ее аспирантки Ю Лин, описало новую форму стеклоуглерода, образовавшуюся под высоким давлением с твердостью, равной алмазу, - разновидность алмазоподобного углерода. . Однако, в отличие от алмаза, его структура представляет собой аморфный углерод, поэтому его твердость может быть изотропной. Исследования продолжаются {По состоянию на! 2011 | lc = y}}. [6]
Структура [ править ]
Структура стеклоуглерода давно стала предметом споров. Ранние структурные модели предполагали, что присутствовали как sp 2-, так и sp 3 -связанные атомы, но теперь известно, что стеклоуглерод на 100% состоит из sp 2 . Более поздние исследования показали, что стеклоуглерод имеет структуру, родственную фуллерену . [7]
Обратите внимание, что стеклоуглерод не следует путать с аморфным углеродом . Это из IUPAC: «Стеклоподобный углерод нельзя назвать аморфным углеродом, потому что он состоит из двумерных структурных элементов и не имеет« оборванных »связей». [1]
Он показывает раковинный перелом .
Электрохимические свойства [ править ]
Стеклоуглеродный электрод (GCE) в водных растворах считается инертным электродом для восстановления ионов гидроксония : [8]
- по сравнению с NHE при 25 ° C
![{\ displaystyle {\ ce {{\ overset {Hydronium} {H3O + _ {(aq)}}} + e ^ - <=> [{\ ce {GCE}}] H ._ {(aq)}}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c62a4c6abaff964007aa5214f36e7f210ea62301)
Сопоставимая реакция на платину:
- по сравнению с NHE при 25 ° C
Разница в 2,1 В объясняется свойствами платины, которая стабилизирует ковалентную связь Pt-H. [8]
Физические свойства [ править ]
Свойства включают «термостойкость», твердость (7 по шкале Мооса), низкую плотность, низкое электрическое сопротивление, низкое трение и низкое термическое сопротивление. [ необходима цитата ]
Преимущества [ править ]
Из-за своей специфической ориентации поверхности стеклоуглерод используется в качестве электродного материала для изготовления сенсоров. Углеродная паста, стеклоуглеродная паста, стеклоуглерод и т. Д. Электроды, модифицированные, называются химически модифицированными электродами. [9] Стекловидный углерод и композиты углерод / углеродное волокно используются для зубных имплантатов и сердечных клапанов из-за их биосовместимости, стабильности и простых технологий производства.
См. Также [ править ]
- Электрохимия
- Фуллерен
- Графитовый
- Jet
Ссылки [ править ]
- ^ a b Запись «Стеклоподобный углерод» в Золотой книге ИЮПАК.
- ^ Уолш, ФК; Арены, НЧ; Понсе де Леон, С .; Рид, ГВт; Уайт, I .; Меллор, Б.Г. (2016). «Постоянное развитие сетчатого стекловидного углерода как универсального электродного материала: структура, свойства и применение» (PDF) . Electrochimica Acta . 215 : 566–591. DOI : 10.1016 / j.electacta.2016.08.103 .
- ^ Льюис, JC; Redfern, B .; Каулард, ФК (1963). «Стекловидный углерод как материал тигля для полупроводников». Твердотельная электроника . 6 (3): 251–254. Bibcode : 1963SSEle ... 6..251L . DOI : 10.1016 / 0038-1101 (63) 90081-9 .
- ^ Каулард, ФК; Льюис, JC (1967). «Стекловидный углерод - новая форма углерода». Журнал материаловедения . 2 (6): 507–512. Bibcode : 1967JMatS ... 2..507C . DOI : 10.1007 / BF00752216 .
- ^ https://www.google.com/patents/US3109712
- ^ Обнаружена новая форма сверхтвердого углерода
- ^ Харрис, PJF (2003). «Связанная с фуллеренами структура технических стеклоуглеродов» (PDF) . Философский журнал . 84 (29): 3159–3167. Bibcode : 2004PMag ... 84.3159H . CiteSeerX 10.1.1.359.5715 . DOI : 10.1080 / 14786430410001720363 .
- ^ a b Sawyer, DT; Собковяк, А .; Робертс, JL, младший (1995). Электрохимия для химиков (Второе изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-59468-0.
- ^ Сангхави, Банким; Шривастава, Ашвини (2010). «Одновременное вольтамперометрическое определение ацетаминофена, аспирина и кофеина с использованием in situ модифицированного поверхностно-активным веществом многослойного пастообразного электрода из углеродных нанотрубок». Electrochimica Acta . 55 (28): 8638–8648. DOI : 10.1016 / j.electacta.2010.07.093 .
Внешние ссылки [ править ]
- HTW, сайт поставщика для Glassy Carbon SIGRADUR
