탄소는 지구상에서 발견되는 거의 모든 물질의 특성을 포함하는 자연에서 가장 흔한 원소 중 하나입니다.다양한 경도와 부드러움, 절연-반도체-초전도체 거동, 단열-초전도성, 광흡수-완전한 투명성 등 다양한 특성을 나타냅니다.이 중 sp2 혼성화 물질은 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀, 풀러렌, 비정질 유리탄소 등 탄소재료 계열의 주요 구성원이다.
흑연 및 유리질 탄소 샘플
이전 재료는 잘 알려져 있지만 오늘은 유리질 탄소에 중점을 두겠습니다.유리질 탄소 또는 유리질 탄소라고도 알려진 유리질 탄소는 유리와 세라믹의 특성을 비흑연성 탄소 재료에 결합합니다.결정질 흑연과 달리 거의 100% sp2 혼성화된 비정질 탄소 소재입니다.유리질 탄소는 불활성 가스 분위기에서 페놀 수지나 푸르푸릴 알코올 수지와 같은 전구체 유기 화합물을 고온 소결하여 합성됩니다.검은색 외관과 매끈한 유리 같은 표면으로 인해 "글래시 카본"이라는 이름이 붙여졌습니다.
유리상 탄소의 구조와 특성은 1962년 과학자들에 의해 처음 합성된 이후 광범위하게 연구되어 왔으며 탄소 재료 분야에서 여전히 뜨거운 주제로 남아 있습니다.유리질 탄소는 유형 I과 유형 II 유리질 탄소의 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다.유형 I 유리질 탄소는 2000°C 미만의 온도에서 유기 전구체로부터 소결되며 주로 무작위 방향의 컬링된 그래핀 조각으로 구성됩니다.반면, II형 유리질 탄소는 더 높은 온도(~2500°C)에서 소결되어 자기 조립된 풀러렌과 같은 구형 구조의 비정질 다층 3차원 매트릭스를 형성합니다(아래 그림 참조).
유리질 탄소 구조 표현(왼쪽) 및 고해상도 전자 현미경 이미지(오른쪽)
최근 연구에 따르면 유형 II 유리질 탄소는 유형 I보다 더 높은 압축성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 이는 자체 조립된 풀러렌과 유사한 구형 구조에 기인합니다.약간의 기하학적 차이에도 불구하고 유형 I과 유형 II 유리질 탄소 매트릭스는 본질적으로 무질서한 컬형 그래핀으로 구성됩니다.
Glassy Carbon의 응용
유리상 탄소는 저밀도, 고경도, 고강도, 가스 및 액체에 대한 높은 불투과성, 높은 열적 및 화학적 안정성 등 수많은 뛰어난 특성을 갖고 있어 제조, 화학, 전자 등 산업에 널리 적용할 수 있습니다.
01 고온 애플리케이션
유리질 탄소는 불활성 가스 또는 진공 환경에서 높은 내열성을 나타내며 최대 3000°C의 온도를 견딜 수 있습니다.다른 세라믹 및 금속 고온 재료와 달리 유리질 탄소의 강도는 온도에 따라 증가하며 깨지지 않고 최대 2700K에 도달할 수 있습니다.또한 질량이 낮고 열 흡수율이 낮으며 열팽창율이 낮기 때문에 열전대 보호 튜브, 로딩 시스템, 용광로 구성 요소 등 다양한 고온 응용 분야에 적합합니다.
02 화학응용
높은 내식성으로 인해 유리질 탄소는 화학 분석에 광범위하게 사용됩니다.유리질 탄소로 만든 장비는 백금, 금, 기타 부식 방지 금속, 특수 세라믹 또는 불소플라스틱으로 만든 기존 실험실 장치에 비해 이점을 제공합니다.이러한 장점에는 모든 습식 분해제에 대한 저항성, 메모리 효과 없음(원소의 제어되지 않은 흡착 및 탈착), 분석된 샘플의 오염 없음, 산 및 알칼리 용융물에 대한 저항성, 비다공성 유리 표면이 포함됩니다.
03 치과기술
유리질 탄소 도가니는 귀금속 및 티타늄 합금을 녹이기 위한 치과 기술에 일반적으로 사용됩니다.높은 열전도율, 흑연 도가니에 비해 긴 수명, 용융된 귀금속이 접착되지 않음, 열충격 저항, 모든 귀금속 및 티타늄 합금에 적용 가능, 유도 주조 원심분리기에 사용, 용융 금속에 보호 분위기 조성 등의 장점을 제공합니다. 그리고 플럭스의 필요성을 제거합니다.
유리질 탄소 도가니를 사용하면 가열 및 용해 시간이 단축되고 용해 장치의 가열 코일이 기존 세라믹 용기보다 낮은 온도에서 작동할 수 있으므로 각 주조에 필요한 시간이 줄어들고 도가니의 수명이 연장됩니다.또한, 비습윤성으로 인해 재료 손실에 대한 우려가 사라집니다.
04 반도체 응용
고순도, 뛰어난 내식성, 파티클 생성이 없고 전도성이 뛰어나며 기계적 특성이 우수한 Glassy Carbon은 반도체 생산에 이상적인 소재입니다.유리질 탄소로 만든 도가니와 보트는 Bridgman 또는 Czochralski 방법을 사용하여 반도체 부품의 영역 용융, 갈륨 비소 합성 및 단결정 성장에 사용할 수 있습니다.또한 유리질 탄소는 이온 주입 시스템의 구성 요소와 플라즈마 에칭 시스템의 전극 역할을 할 수 있습니다.X선 투명도가 높기 때문에 유리질 탄소 칩은 X선 마스크 기판에 적합합니다.
결론적으로, 유리질 탄소는 고온 저항성, 화학적 불활성, 우수한 기계적 성능을 포함한 뛰어난 특성을 제공하므로 다양한 산업 분야의 광범위한 응용 분야에 적합합니다.
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게시 시간: 2023년 12월 18일