 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Пиролитический углерод - это материал, похожий на графит , но с некоторой ковалентной связью между его графеновыми листами из-за недостатков в его производстве.
Пиролитический углерод создан человеком и не встречается в природе. [1] Обычно его получают путем нагревания углеводорода почти до температуры его разложения и предоставления графиту возможности кристаллизоваться ( пиролиз ). Один из методов - нагрев синтетических волокон в вакууме . Другой метод - поместить семена на тарелку в очень горячий газ для сбора графитового покрытия. [ требуется пояснение ] Он используется в высокотемпературных устройствах, таких как носовые обтекатели ракет, ракетные двигатели, тепловые экраны, лабораторные печи, из армированного графитом пластика., покрывающих частицы ядерного топлива, и в биомедицинских протезах .
Физические свойства [ править ]
Образцы пиролитического углерода обычно имеют одну плоскость спайности , похожую на слюду , потому что графеновые листы кристаллизуются в плоском порядке, в отличие от графита, который образует микроскопические беспорядочно ориентированные зоны. Из-за этого пиролитический углерод проявляет несколько необычных анизотропных свойств. Он более теплопроводен в плоскости скола, чем графит, что делает его одним из лучших доступных плоских проводников тепла.
Пиролитический графит образует мозаичные кристаллы с контролируемой мозаичностью до нескольких градусов.
Он также более диамагнитен ( χ = −4 × 10 −4 ) по сравнению с плоскостью спайности, демонстрируя наибольший диамагнетизм (по массе) из всех диамагнетиков при комнатной температуре. Для сравнения: пиролитический графит имеет относительную проницаемость 0,9996, тогда как висмут имеет относительную проницаемость 0,9998 ( таблица ).
Магнитная левитация [ править ]
Некоторые материалы можно заставить стабильно левитировать над магнитным полем постоянного магнита. Хотя магнитное отталкивание очевидно и легко достигается между любыми двумя магнитами, форма поля заставляет верхний магнит отталкиваться вбок, а не оставаться на опоре, что делает устойчивую левитацию невозможной для магнитных объектов (см . Теорему Ирншоу ). Однако сильно диамагнитные материалы могут левитировать над мощными магнитами.
Благодаря доступности редкоземельных постоянных магнитов, разработанных в 1970-х и 1980-х годах, сильный диамагнетизм пиролитического углерода делает его удобным демонстрационным материалом для этого эффекта.
В 2012 году исследовательская группа в Японии продемонстрировала, что пиролитический углерод может реагировать на лазерный свет или достаточно мощный естественный солнечный свет, вращаясь или перемещаясь в направлении градиента поля. [2] [3] Магнитная восприимчивость углерода ослабевает при достаточном освещении, что приводит к несбалансированному намагничиванию материала и движению при использовании определенной геометрии.
Приложения [ править ]
- Он используется неармированным для носовых обтекателей ракет и ракетных двигателей с абляционным охлаждением .
- В форме волокна он используется для усиления пластмасс и металлов (см. Углеродное волокно и пластик, армированный графитом ).
- В ядерных реакторах с каменным слоем используется покрытие из пиролитического углерода в качестве замедлителя нейтронов для отдельных камешков.
- Используется для покрытия графитовых кювет (трубок) в атомно-абсорбционных печах графитовых печей для уменьшения теплового напряжения и, таким образом, увеличения срока службы кювет.
- Пиролитический углерод используется для нескольких применений в электронном терморегулировании: материал термоинтерфейса, теплораспределители (листы) и радиаторы (ребра).
- Иногда его используют для изготовления курительных трубок .
- Он используется для изготовления решетчатых структур в некоторых мощных электронных лампах .
- Он используется в качестве монохроматора для исследований рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей.
- Протезы клапанов сердца.
- Протез головки лучевой кости.
- Он также используется в автомобильной промышленности, где требуется желаемое трение между двумя компонентами.
- Высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) используется в качестве диспергирующего элемента в спектрометрах ВОПГ, которые используются для рентгеновской спектрометрии.
Биомедицинские приложения [ править ]
Поскольку на нем нелегко образуются сгустки крови, часто рекомендуется выстелить протез, контактирующий с кровью, этим материалом, чтобы снизить риск тромбоза . Например, он находит применение в искусственных сердцах и искусственных сердечных клапанах . Стенты кровеносных сосудов , напротив, часто выстилаются полимером, в котором гепарин является боковой группой, что зависит от действия лекарства для предотвращения свертывания крови. Это, по крайней мере частично, связано с хрупкостью пиролитического углерода и большой остаточной деформацией , которой стент подвергается во время расширения.
Пиролитический уголь также используется в медицине для покрытия анатомически правильных ортопедических имплантатов, то есть заменяющих суставов . В этом приложении он в настоящее время продается под названием «PyroCarbon». Эти имплантаты были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для использования в руке для замены пястно-фаланговых суставов (суставов). Их производят две компании: Tornier (BioProfile) и Ascension Orthopaedics. [4] (23 сентября 2011 года компания Integra LifeSciences приобрела Ascension Orthopaedics.) FDA также одобрило замену межфаланговых суставов PyroCarbon в рамках исключения для гуманитарных устройств . [5]
Сноски [ править ]
- Перейти ↑ Ratner, Buddy D. (2004). Пиролитический углерод. В науке о биоматериалах: введение в материалы в медицине . Академическая пресса. п. 171-180. ISBN 0-12-582463-7 . Поиск книг Google. Проверено 7 июля 2011 года.
- ↑ Кобаяси, Масаюки; Абэ, Дзиро (26 декабря 2012 г.). «Оптическое управление движением маглевского графита». Журнал Американского химического общества . 134 (51): 20593–20596. DOI : 10.1021 / ja310365k . ISSN 0002-7863 . PMID 23234502 .
- ^ Phillip Broadwith (4 января 2013). «Лазерным наведением Маглев графитовый аэрохоккей» . Мир химии . RSC .
- ^ Кук, Стивен Д .; Беккенбо, Роберт Д.; Редондо, Жаклин; Попич, Лаура С .; Klawitter, Jerome J .; Линшайд, Рональд Л. (1999). «Долгосрочное наблюдение за пястно-фаланговыми имплантатами из пиролитического углерода» . Журнал костной и суставной хирургии . 81 (5): 635–48. DOI : 10.2106 / 00004623-199905000-00005 . PMID 10360692 . Архивировано из оригинала на 2009-12-28 . Проверено 9 ноября 2010 .
- ^ «Ascension PIP: Краткое изложение безопасности и вероятных преимуществ HDE # H010005» (PDF) . Управление по контролю за продуктами и лекарствами. 22 марта 2002 . Проверено 7 июля 2011 года .
