Hiilimateriaaliperheen avainjäsenenä grafiittiarkeilla on laajat levitysnäkymät energiassa, elektroniikassa, kemiallisessa tekniikassa ja ilmailu- ja ilmailutilassa niiden erinomaisen lämmön ja sähkönjohtavuuden, kemiallisen stabiilisuuden ja mekaanisen lujuuden vuoksi. Viime vuosina materiaalitieteen ja tekniikan nopean kehityksen myötä grafiittimerkkien tutkimus on edelleen syventynyt, mikä on johtanut merkittävästi rakennesuunnittelun, suorituskyvyn optimoinnin ja toiminnallisten sovellusten edistymiseen.
Kello 1. Grafiittiarkin valmistelutekniikka
Grafiittimerkkien valmistusprosessi vaikuttaa suoraan niiden mikrorakenteeseen ja makroskooppisiin ominaisuuksiin, ja siksi se on edelleen ydintutkimusalue. Perinteisesti grafiittiarkit tuotetaan tyypillisesti puristusmuovan tai korkean - lämpötilagrafiitin avulla luonnollisen hiutalegrafiitin, mutta nämä menetelmät johtavat rajoitetulle tiheydelle ja tasaisuudelle. Viime vuosina tutkijat ovat kehittäneet erilaisia uusia valmistustekniikoita, mukaan lukien kemiallinen höyryn laskeuma (CVD), polymeerin esiasteen muuntaminen ja hybridimenetelmät (esim. Grafiittikomposiitit hartsilla, metalleilla tai keramiikalla).
Niiden joukossa CVD -tekniikka voi tallettaa korkean - laadukkaat grafiittielokuvat substraattipinnoilla. Säätelemällä reagenssikaasujen (kuten metaani, vety ja argoni) suhdetta ja lämpötilaa, grafiittikerrosten lukumäärää ja raekokoja voidaan hallita tarkasti. Lisäksi polymeerin esiasteisiin, kuten polyimidiin (PI) perustuvat pyrolyyttiset grafiikaatiot ovat herättäneet huomattavaa huomiota. Tämä menetelmä käyttää korkeaa - lämpötilakäsittelyä (yli 2800 astetta) orgaanisen aineen hiilihapottamiseksi ja järjestämiseksi grafiittirakenteeseen. Tuloksena olevilla grafiittialkeilla on suuri suunta ja erinomainen lämmönjohtavuus.
2. Suorituskyvyn optimointi ja muokkaustutkimus
Grafiittimerkkien suorituskyvyn optimointi keskittyy ensisijaisesti lämmönjohtavuuteen, sähkönjohtavuuteen, mekaaniseen lujuuteen ja korroosionkestävyyteen. Lämpöjohtavuuden suhteen tutkijat ovat havainneet, että grafiittimerkkien välikerroksen suuntautumisen lisääminen (esimerkiksi rullauksen kautta - avustetun suuntauksen) voi parantaa merkittävästi niiden - tason lämmönjohtavuutta. Joidenkin erittäin suuntautuneiden grafiittimerkkien lämmönjohtavuus on ylittänyt 1500 W/(M · K). Sähkönjohtavuuden osalta doping elementtien, kuten typen ja boorin kanssa tai vahvistusfaasien, kuten hiilinanoputkien ja grafeenin, tuottaminen voi edelleen parantaa niiden elektronien kuljetusta.
Mekaanisen lujuuden suhteen, vaikka grafiittiarkeilla on suuri puristuslujuus, niiden vetolujuus ja sitkeys ovat suhteellisen alhaiset, rajoittaen niiden käyttöä kuormassa - laakerirakenteita. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat ovat tutkineet ratkaisuja, kuten hiilikuitua - vahvistettuja grafiittikomposiiteja ja grafiitti/metallikomposiittiarkkeja, parantamalla kokonaismekaanisia ominaisuuksia ottamalla käyttöön korkeat - lujuuden sekunnin - vaihehenkilöt. Lisäksi spesifisille sovelluksille (kuten kemiallinen korroosiosuojaus), pintapinnoitustekniikoita (kuten nikkelipinnoitusta, sic -pinnoitetta tai al₂o₃ -pinnoitetta) käytetään grafiittimerkkien korroosionkestävyyden parantamiseksi.
3. Edistyminen toiminnallisissa sovelluksissa
Grafiittimerkkien ainutlaatuiset ominaisuudet ovat tehneet niistä arvokkaita monilla aloilla. Energia -alalla korkeaa - lämmönjohtavuusgrafiittiarkkeja käytetään laajasti litium -akun lämmönhallinnassa, puolijohdelaitteen lämmönpoistossa ja aurinkoenergiamuutosjärjestelmissä. Esimerkiksi grafiittiarkkeja käytetään lämmön hajoamis substraattina sähköajoneuvojen akkupaketeissa, mikä vähentää tehokkaasti akun käyttölämpötiloja ja pidentää akun käyttöikää.
Elektroniikkalaitoksella grafiittiarkkeja niiden erinomaisten sähköominaisuuksien vuoksi käytetään joustavissa piirilevyissä, sähkömagneettisissa suojausmateriaaleissa ja lämmön hajoamiskomponenteissa korkealle - tehon elektronisille laitteille. Lisäksi grafeenin - grafiittikomposiittimerkkien kehittäminen tarjoaa potentiaalisia ratkaisuja seuraavalle - Generation High - taajuuselektroniset laitteet. Kemianteollisuudessa grafiittiarkit johtuvat niiden korkeasta - lämpötilasta ja korroosiosta - kestävät ominaisuudet, ovat ihanteellinen valinta reaktorin vuorauksiin, tiivistysmateriaaleihin ja korkeaan - lämpötilasuodattimiin.
4. Tulevat tutkimussuunnat
Vaikka grafiittiarkkitutkimus on saavuttanut lukuisia läpimurtoja, haasteet ovat jäljellä, kuten suurten - asteikon tuotannon korkeat kustannukset ja riittämättömät vakauden joissakin äärimmäisissä ympäristöissä. Tulevaisuuden tutkimus voi keskittyä seuraaviin alueisiin:
1. Vihreä ja matala - Kustannustuotantotekniikka: Energian kehittäminen - Tehokkaat ja tehokkaat synteesiprosessit grafiittimerkkien teollisen sovelluksen edistämiseksi;
2. Monitoiminen integroitu muotoilu: lämpö-, sähkö- ja mekaanisten ominaisuuksien optimointi komposiittisuunnittelun avulla;
3. Äärimmäinen ympäristömuokkaus: grafiittialkkien pitkän - stabiilisuuden tutkiminen korkeissa lämpötiloissa, voimakassa säteilyssä tai vakavassa korroosiossa;
4. Kehittyvien sovellusten tutkiminen: Sovellukset kvanttilaitteen jäähdytyksessä, avaruustekniikassa ja biolääketieteellisissä materiaaleissa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että grafiittisarkkitutkimus kehittyy nopeasti. Jatkuvien läpimurtojen myötä tuotantotekniikassa, suorituskyvynhallinnassa ja toiminnallisissa sovelluksissa sen rooli korkeassa - lopun valmistuksessa ja strategisissa nousevissa teollisuudessa ovat yhä tärkeämpiä.
