La importancia del carbono en la vida
El diamante es la interfaz superabrasiva y resistente al desgaste más dura de la industria de procesamiento, el material de disipación de calor más eficaz de la industria electrónica, el mejor chip en semiconductores y el filtro de frecuencia más alta en componentes de comunicación. el diafragma más realista en los altavoces, la cúpula más transparente en los aviones, la película más resistente a los arañazos en las lentes de las gafas y la capa más estable y resistente a la corrosión en las piezas mecánicas. El diamante tiene tantas ventajas que otros materiales no tienen y, sin duda, se ha convertido en el material funcional y de ingeniería favorito y más útil de la gente. Con el desarrollo diversificado de la tecnología de síntesis, los materiales superduros [principalmente diamante, pero también nitruro de boro cúbico] tienen cada vez más oportunidades para su aplicación en la ciencia y la tecnología modernas y en la industria moderna, lo que tiene un gran impacto en la economía nacional. del rápido crecimiento de la eficiencia es cada vez mayor, y juega un papel cada vez más importante en la mejora del nivel técnico de las industrias tradicionales. Está mostrando cada vez más su estilo real. El desarrollo de un material tan excelente definitivamente tendrá un brillo y belleza. ¡futuro!
El método CVD puede preparar tanto películas de diamante convencionales como películas de nanodiamante. La película de diamante CVD tiene las mismas propiedades mecánicas, térmicas, ópticas, eléctricas y de otro tipo que el monocristal estático de alta presión y alto catalizador. El diamante se ha utilizado ampliamente en diversos campos y seguramente se convertirá en la corriente principal del desarrollo de materiales de diamante en el futuro. No solo traerá enormes beneficios económicos, sino que, lo que es más importante, aprovechará al máximo las características generales de los materiales de diamante. jugar al extremo. Las películas de nanodiamantes se convertirán en un punto importante en la investigación de diamantes CVD.
Los productos de grafito mantienen las propiedades químicas originales del grafito en escamas, es decir, resistencia a los ácidos, resistencia a la corrosión y propiedades físicas, es decir, resistencia a altas temperaturas de 3000 °C, resistencia a bajas temperaturas de -204 °C y su la resistencia a la compresión es superior a 800 kg/cm2 y tiene resistencia a la oxidación, pérdida de peso de 1 en aire a 450 °C y tasa de rebote de 15-50 (densidad 1,1-1,5). También tiene fuertes propiedades autolubricantes. Por lo tanto, los productos de grafito se han utilizado ampliamente en metalurgia, industria química, petroquímica, física de altas energías, aeroespacial, electrónica, etc.
Utilizando las características del grafito, la gente ha fabricado diferentes tipos de productos según las necesidades de ingeniería y la destreza: como productos de grafito de alta pureza, productos de grafito flexible, productos de grafito compuesto, etc. Para mejorar el rendimiento, el grafito también se fabrica en productos compuestos de grafito con fibras (incluidas fibras sintéticas), alambres metálicos, mallas metálicas, placas de procesamiento de metales, etc., lo que mejora en gran medida su resistencia y elasticidad. Los productos de grafito compuesto están disponibles principalmente en dos tipos de productos de grafito líquido (es decir, emulsión de grafito, etc.) y productos de grafito semilíquido (es decir, grasa de grafito, etc.). Los productos de grafito desempeñan funciones importantes en sellado, resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión, conductividad, aislamiento térmico, resistencia a la presión, resistencia al desgaste y resistencia a la oxidación en una amplia gama de campos, y han atraído una amplia atención por parte de expertos nacionales y extranjeros. Por supuesto, los productos de grafito también han entrado silenciosamente en los suministros de oficina modernos. Por ejemplo, cierta fábrica de suministros de archivo en Jiangxi utilizó expansión de grafito para procesar bandejas a prueba de insectos que tienen cierta capacidad de absorber productos químicos y pueden mantener sus propiedades durante un año sin perder. sus propiedades. También está la correa de lubricación de grafito producida por Beishu Graphite Mine, que resuelve la necesidad urgente de accesorios para máquinas lijadoras (en su mayoría lijadoras importadas) para la industria nacional de procesamiento de madera y llena el vacío en productos nacionales similares. En resumen, los productos de grafito han sido cada vez más utilizados por diversos sectores industriales y el mercado de productos de grafito tiene un largo camino por recorrer.
El uso más importante del grafito artificial es en la fabricación de electrodos para hornos siderúrgicos de arco eléctrico. Los electrodos de grafito artificial también se utilizan en la electrólisis de soluciones de agua salada para producir cloro e hidróxido de sodio. El grafito no reacciona con ácidos, álcalis, solventes orgánicos o solventes inorgánicos, una propiedad que lo hace ampliamente utilizado en una variedad de equipos de proceso en las industrias alimentaria, química y petrolera. El grafito también se utiliza en reactores nucleares.
Si determinadas fibras sintéticas se mezclan con resina plástica y se calientan bajo presión, se convierten en fibras de carbono. El carbono de estas fibras se encuentra en forma de grafito. La fibra de carbono es menos densa que el acero, pero más fuerte y dura que el acero. Se utilizan en mamparas de radio y alas plegables, así como en satélites meteorológicos y de comunicaciones.
En artículos deportivos, la fibra de carbono se utiliza para fabricar palos de golf, raquetas de tenis, cañas de pescar y soportes para bicicletas.
Negro de humo - aplicación
Se utiliza principalmente como agente de refuerzo y relleno para caucho. Su dosis representa aproximadamente la mitad de la dosis de caucho. el total de negro de humo, aproximadamente el 60% del cual se utiliza en la fabricación de neumáticos. Además, se utiliza como colorante en tintas, revestimientos y plásticos, y como filtro UV para productos plásticos. También es un aditivo importante en muchos otros productos, como electrodos, baterías secas, resistencias, explosivos, cosméticos y pastas de pulido.
El negro de humo se utiliza principalmente en productos de caucho. Cuanto más fino es el tamaño de las partículas del negro de humo, mejores son sus propiedades de refuerzo, mayor es la estructura del negro de humo y mayor es su tensión de tracción fija y su módulo. Las variedades de refuerzo con partículas finas se utilizan principalmente en las bandas de rodadura de los neumáticos para darles una excelente resistencia al desgaste. Otras partes del neumático, como la pared lateral, la capa, la capa amortiguadora del cinturón y el revestimiento interior, requieren caucho para resistir el agrietamiento por flexión, resistir la oxidación por ozono, tener buena resiliencia y propiedades de baja generación de calor, y generalmente usan semiparche con un tamaño de partícula más grueso. Negro de horno de tipo fuerte (superficie específica inferior a 40 m2/g).
Los pigmentos negros a través son muy utilizados en tintas, recubrimientos y plásticos. El negro de tanque de pigmento se utiliza principalmente en tintas, especialmente tintas para prensa. En el proceso de producción de recubrimientos, el negro de canal con alto contenido de pigmento brinda a los acabados automotrices de alta gama una negrura y brillo excelentes, mientras que el negro de canal de pigmento medio se utiliza para recubrimientos industriales en general. Además, el negro de tanque de pigmento medio se utiliza a menudo como agente de protección UV para poliolefinas para mejorar la resistencia a la intemperie de los productos plásticos. El caucho negro con surcos se utiliza principalmente en la banda de rodadura de los neumáticos, especialmente en neumáticos todoterreno y neumáticos de ingeniería, para darle a la banda de rodadura alta resistencia y buena resistencia al desgaste.
El negro térmico se utiliza principalmente en productos de caucho. Debido a su tamaño de partícula grueso y su pobre rendimiento de refuerzo, solo se puede utilizar en situaciones donde se requiere el incremento máximo de relleno, como en la fabricación de tapetes de caucho, mangueras, productos de esponja, sellos, revestimientos de neumáticos, caucho para talones y productos aislantes. .
El carbón activado es una especie de carburo poroso, que es el producto de la combustión incompleta de madera, carbón, cáscaras de frutas y otros materiales de madera. Los materiales de madera como madera, aserrín, carbón, núcleos y cáscaras de frutas se colocan en equipos de carbonización y se calientan a una temperatura adecuada para su descomposición térmica. Durante el proceso de descomposición térmica, sufren una serie de reacciones químicas complejas que cambian su estructura. y se suelta. Sustancia negra porosa ------ carbón activado.
El carbón activado, fiel a su nombre, es un carburo lleno de actividad de adsorción, además de carbón, también contiene una pequeña cantidad de elementos de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, como se puede observar al microscopio. que su superficie está cubierta de poros hexagonales irregulares, como una esponja negra. De hecho, los poros del carbón activado son mucho más pequeños y densos que los de las esponjas. El radio mínimo de los poros del carbón activado puede ser de 150 nanómetros y el máximo puede ser de 20.000 nanómetros. Un nanómetro es sólo una milmillonésima de metro, que es el espesor de. un cabello humano. Una diezmilésima parte de eso, es decir, los poros del carbón activado son sólo el uno por ciento del espesor de un cabello humano. Por eso el carbón activado tiene un fuerte efecto de adsorción.
Además de la adsorción física, el carbón activado también tiene la función de adsorción química. Los poros del carbón activado pueden generar una fuerte gravedad para aspirar agua y aire, y el carbono, oxígeno y otros elementos en los poros. El carbón activado puede interactuar con los elementos del agua y el aire. La sustancia sufre una reacción química y es absorbida por la superficie de los poros. De esta manera, la mayoría de las impurezas nocivas del agua y el aire quedan atrapadas en el carbón activado. El agua y el aire vuelven a estar limpios e higiénicos.
Los experimentos científicos muestran que la razón por la que el carbón activado tiene una superficie específica enorme es que está lleno de innumerables poros interconectados. Si todos los poros en un gramo de carbón activado se expanden, su superficie específica puede aumentar. Alcanza los 1000 metros cuadrados, mucho más allá de la imaginación de la gente. La enorme superficie significa que el carbón activado puede entrar en contacto completo con varios gases y líquidos, capturar sustancias adsorbidas al máximo y su función de purificación es incomparable.
Las propiedades únicas del carbón activado lo hacen ampliamente utilizado en la purificación del aire, la purificación del agua potable, el tratamiento de aguas residuales y el tratamiento de gases de escape. Incluso es activo en el procesamiento de alimentos y la producción industrial.
A menudo bebemos agua purificada. De hecho, el agua purificada proviene de la purificación del carbón activado. El agua se filtra con carbón activado y lo que sale es agua purificada limpia y deliciosa. .
En la etapa anterior del accidente de contaminación del agua del río Songhua, el carbón activado jugó un papel extremadamente importante: absorbió eficazmente sustancias químicas nocivas y proporcionó a las personas agua potable completamente segura. De manera similar, el carbón activado todavía puede desempeñar un papel importante en el tratamiento de aguas residuales y su eficiencia de purificación es muy alta. Y la gente también ha descubierto que poner carbón activado en la pecera puede garantizar agua limpia y hacer que los peces sean más saludables.
Hoy en día, cada vez más familias entran en contacto con el carbón activado y lo utilizan en sus vidas.
Además de colocar carbón activado empaquetado directamente en casa para absorber gases nocivos, algunas fábricas también colocan carbón activado en los aires acondicionados y algunas ciudades instalan carbón activado en el sistema de escape de los motores de los automóviles. y purifica eficazmente la contaminación del aire.
Además, la porosidad del carbón activado le permite absorber parte de la radiación electromagnética. La gente lo utiliza para fabricar cadenas de teléfonos móviles, alfombrillas de ratón, etc. para reducir el daño de las ondas electromagnéticas al cuerpo humano. .
En 1991, Hebard et al. propusieron por primera vez que el C60 dopado con potasio tiene superconductividad. La temperatura de inicio superconductor es de 18 K, rompiendo el inicio superconductor orgánico (Et) 2Cu [N (CN) 2 ] Cl. La temperatura se registra en 12,8 K. La Tabla 6-1 enumera varios superconductores sintetizados dopados con C60 y sus temperaturas de inicio de superconducción, lo que indica que los superconductores dopados con C60 han entrado en las filas de los superconductores de alta temperatura. La investigación de nuestro país en esta área también tiene mucho éxito. La Universidad de Pekín y el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China sintetizaron con éxito los superconductores K3C60 y Rb3C60, con temperaturas de inicio de superconducción de 8K y 28K, respectivamente. Algunos científicos predicen que si se dopan C240 y C540, será posible sintetizar superconductores con una temperatura de inicio de superconducción más alta.
Además del campo de la superconductividad, el C60 también se utiliza ampliamente en las siguientes áreas.
①Gas de almacenamiento
Utilizando la estructura molecular única del C60, se puede utilizar como un nuevo material absorbente de hidrógeno que es más eficaz que los metales y sus aleaciones. Hay 30 dobles enlaces carbono-carbono en cada molécula de C60, por lo que el hidrógeno se puede absorber abriendo los dobles enlaces en la molécula de C60.
Bajo temperatura y presión controladas, el hidruro C60 se puede producir simplemente a partir de C60 e hidrógeno y es muy estable a temperatura ambiente, mientras que a temperaturas de 80 ℃ a 215 ℃, el hidruro C60 se libera, dejando C60 puro, que puede reciclarse y usarse para producir hidruro de C60 nuevamente. Almacenar hidrógeno en C60 tiene la ventaja rentable de almacenar hidrógeno en metales o sus aleaciones, y el C60 es más ligero que los metales o sus aleaciones, por lo que en la misma masa de material, el C60 puede almacenar más hidrógeno que los metales o sus aleaciones.
El C60 no sólo puede almacenar hidrógeno sino también oxígeno. En comparación con el almacenamiento de oxígeno en cilindros de alta presión, la presión del cilindro de alta presión es 3,9 × 106 Pa, que es un método de almacenamiento de oxígeno a alta presión, mientras que la presión de almacenamiento de oxígeno del C60 es solo 2,3 × 105 Pa, que es un Método de almacenamiento de oxígeno a baja presión. El uso de C60 para almacenar grandes cantidades de oxígeno a baja presión tendrá muchos usos en los campos médico, militar e incluso comercial.
②Sensores con funciones de detección
Dado que los condensadores combinados en forma de dedo se pueden fabricar utilizando una película C60 como material base, los sensores químicos fabricados son más pequeños y compactos que los sensores tradicionales. de estructura simple, reproducibilidad y bajo precio puede convertirlo en un candidato atractivo para sensores.
③Mejora de la resistencia de los metales
La mejora de la resistencia de los materiales metálicos se puede lograr mediante aleaciones, deformación plástica y tratamiento térmico. Uno de los métodos de mejora es mediante la interacción geométrica, como en. coque. El carbono se dispersa en el metal. El intercambio mutuo de posiciones entre el carbono y el metal en la red cristalina puede provocar la deformación plástica del metal. Tanto el carbono como el metal forman partículas de carburo.
En el efecto de refuerzo de los materiales metálicos, el C60 es mejor que el carbono en el coque. Esto se debe a que el C60 tiene partículas más pequeñas y una actividad más fuerte que el carbono. Los carburos se producen por la interacción entre el C60 y el metal. El tamaño es de 0,7 nm, mientras que el tamaño de partícula dispersa de los carburos producidos por la interacción entre el carbono y el metal es de 2 μm a 5 μm, y el efecto de refuerzo sobre los metales es bastante diferente.
④Nuevos Catalizadores
Después del descubrimiento del C60, los químicos comenzaron a explorar la posibilidad de utilizar C60 como catalizador. C60 tiene una estructura electrónica de alqueno y puede formar una serie de complejos con metales de transición (como el platino y el níquel). Por ejemplo, el C60 se puede combinar con platino y osmio para formar compuestos de coordinación como {[(C2H5)3P]2Pt}C60 y C60OsO4- (tetra-terc-butilpiridina). Estos compuestos pueden convertirse en catalizadores eficaces.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Toyohashi en Japón sintetizaron C60Pd6, un compuesto de paladio y C60 altamente catalíticamente activo. Investigadores de la Universidad de Wuhan en China sintetizaron Pt(PPh3)2C60 (PPh3 es trifenilfosfina), que es. Tiene alta actividad catalítica para reacciones de hidrosililación.
⑤ Aplicaciones ópticas
C60 tiene una microestructura única y propiedades ópticas especiales. Una de las propiedades ópticas dignas de atención es el confinamiento de la luz, es decir, cuando la intensidad de la luz incidente aumenta, C60. Reducirá el rendimiento de transmisión de los materiales ópticos.
Las propiedades limitantes ópticas son importantes para la protección ocular. Sobre la base de las propiedades limitadoras de luz del C60, se pueden desarrollar productos limitadores de luz que solo permitan el paso de luz por debajo del umbral de sensibilización (es decir, por debajo del umbral de peligro para los ojos), protegiendo así los ojos humanos de daños por luz intensa.
⑥ La función de matar las células cancerosas
C60 tiene una alta tasa de producción de oxígeno singlete después de la excitación luminosa, y el oxígeno singlete está relacionado con las funciones fisiológicas y bioquímicas de los organismos biológicos y el daño tisular. , los tumores y la tecnología de tratamiento fotoquímico tienen una relación importante.
Cuando la intensidad de la luz de excitación del C60 alcanza los 4000 lx, las células cancerosas morirán casi en un 100% bajo la acción del oxígeno singlete, que puede destruir eficazmente la membrana plasmática de las células cancerosas, la red intersticial mitocondrial intracelular y la núcleo, membrana y otras estructuras importantes de las células cancerosas, lo que provoca daños o incluso la muerte de las células cancerosas.
Otros estudios han señalado que los anticuerpos de las células tumorales se pueden unir a las moléculas C60, y luego las moléculas C60 que transportan los anticuerpos pueden dirigirse a los tumores, lo que también puede lograr el propósito de matar las células tumorales.
⑦Otras funciones médicas
Los derivados del C60 tienen la función de inhibir la actividad de la proteasa de la inmunodeficiencia humana. La proteasa de inmunodeficiencia humana es un virus que causa el SIDA, por lo que los derivados del C60 pueden tener un papel en la investigación para combatir el SIDA.
C60 también es adecuado para su uso como eliminador de radicales libres y antioxidante soluble en agua en sistemas biológicos. Los radicales libres son sustancias nocivas que causan ciertas enfermedades e incluso tumores. Se espera que el C60 reduzca la concentración de radicales libres en la sangre de los pacientes e inhiba el crecimiento de células malformadas y enfermas.
El elemento carbono es muy importante para nuestra producción y vida.