بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
معرفی انواع صورتهای کربن (2)
اسلاید 2 :
نانوساختارها
نانوساختارهای کربنی
اسلاید 3 :
کربن آمورف (Amorphous Carbon)
کربن آمورف اشاره به شبکه بسیار نا منظم اتمهای کربن دارد.
این کربنها به طور قابل توجهی دارای پیوندهای sp2 و ۱۰% پیوندهای sp3 هستند.
تقریباً هیچ پیوند spدر این ساختار وجود ندارد.
اسلاید 4 :
اگرچه کربن آمورف در محدوده وسیع نظمی ندارد ولی برخی نظمها در محدوده کوچک دیده می شود.
ماهیت این نظمهای کوچک بطور معین با توجه به روش تهیه تغییر می کند.
لذا خصوصیات فیلمهای کربن آمورف وابسته به روشهای تهیه آنها می باشد.
اسلاید 5 :
دو پارامتر بسیار مهم برای شناسایی نظم در محدوده کوچک که ممکن است در مقیاس Å ١٠ وجود داشته باشد، عبارتند از :
پیوند کربنی (نسبت پیوندهایSP2/SP3 )
میزان هیدروژن
اسلاید 6 :
کربن شیشه ای (Glassy Carbon)
کربن شیشه ای نوعی دیگر از کربن است که به طور تجاری با تخریب کنترل شده پلیمرهای مشخص در دماهایC ° ۹۰۰-۱۰۰۰ تهیه می شود.
نام کربن شیشه ای به یک خانواده از مواد کربنی بی نظم که شبیه شیشه هستند گفته می شود که به راحتی قابل پرداخت هستند و ظاهری سیاه و براق دارند.
به دلیل اینکه این دسته از کربن ها در شرایط مختلفی تهیه می شوند، خصوصیات متنوع نیز دارند.
خصوصیات آنها به موارد زیر بستگی دارد:
به نوع پیش ماده پلیمری
به طور ویژه به شرایط تهیه آنها
اسلاید 7 :
کربن های شیشه ای.
ساختار دانه ای دارند.
نسبتاً سخت هستند.
هادی حرارتی هستند.
نفوذ ناپذیرند.
با ترکیبات زیستی سازگاری دارند.
در دماهای بالا پایدارند.
چگالی ظاهری کربن شیشه ای صرف نظر از دمای اعمال شده در گسترهای بین gcm-3 1/50-1/46 است که نشان دهنده حضور یک سری حفرات در زمینه آن است.
اسلاید 8 :
میکروساختار کربن شیشه ای از یک سری نوارها یا میکروفیبرهای شبیه گرافیت درهم پیچیده با طول ۱۰۰ و ۳۰ در برش عرضی تشکیل شده است.
این ساختار مشابه ساختار زنجیره پلیمری است که کربن شیشه ای از آن تهیه شده است.
به دلیل میکروساختار نواری در هم پیچیده Jenkins و Kawamura استدلال کردند که کربن شیشه ای حتی در دماهای بالاC ° ۳۰۰۰ به طور کامل گرافیتی نیست.
مدل Jenkins-Kawamura کربن شیشه ای:
La طول ابعاد افقی گرافیتی نسبت به محور c گرافیت
Lbطول ابعاد عمودی گرافیتی نسبت به محور c گرافیت
اسلاید 9 :
مطالعات پراش پرتو X (X-ray Diffraction, XRD) نشان می دهد که.
مابین نوارهای گرافیت شکل، اتمهای کربن در یک ساختار لانه زنبوری از لایه های گرافن منظم شده اند.
مطالعه دقیق و جزئی ساختاری نشان داده است که کربن شیشه ای یک شبکه از ساختارهای حفره دار به هم چسبیده دارد.
وابستگی دمای هدایت الکتریکی کربن شیشه ای در دماهای مختلف:
رفتار کلی در بسیاری از کربن های بی نظم دیده می شود.
اسلاید 10 :
کربن سیاه (Carbon black)
کربن سیاه شکل آمورف کربن است.
به صورت تجاری از تجزیه حرارتی یا اکسایشی هیدروکربنها حاصل میشود.
از کربن سیاه در صنعت به عنوان ماده پرکننده (Filler) برای اصلاح خصوصیات الکتریکی و نوری موادی که در آنها پراکنده شده اند (ماده زمینه)، به طور وسیع استفاده می شود.
اسلاید 11 :
انواع مختلف از کربنهای سیاه صنعتی، با توجه به فرایند ساختشان نامگذاری می شوند.
کربنهای سیاه حرارتی (Thermal Black) توسط.
تخریب حرارتی گاز طبیعی، به دست می آیند.
Channel Blacks توسط..
احتراق جزئی گاز طبیعی، به دست می آیند.
Acetylene Blacks توسط..
تخریب گرما زای اتیلن، به دست می آیند.
اسلاید 12 :
انواع دیگر کربن سیاه با روشهای ویژه ای از جمله موارد زیر به دست می آیند:
فرساب لیزر گرافیت
پیرولیز استیلن و اتیلن با لیزر CO2 که توسط مقادیر جزئی Fe(CO)5 کاتالیز می شود .
روش آماده سازی حرارتی زغال
با این روشهای سنتزی، انواع مختلف از کربن با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مختلف تولید می شوند.
اسلاید 13 :
ساختار میکروبلوری چندین نوع از کربن های سیاه (در اندازه های Å1000 و بالاتر) به فرمهای محصول تازه سنتز شده و هم بعد از اعمال حرارت (بالاتر از C° 3000)، توسط تکنیکهای زیر اثبات شده است:
تکنیکهای پراش پرتو (XRD) X
میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM)
پراکندگی رامان، اثبات شده است.
مطالعات XRD بر کربنهای سیاه نشان می دهد که .
کربنهای سیاه سنتز شده، از لایه های شبه گرافیت تشکیل شده است که در آن اتمهای کربن، موقعیتهای نسبتاً یکسانی با آنچه در گرافیت مشاهده می شوند، دارند.
اسلاید 14 :
کربن های متخلخل (Porous Carbons)
کربن های متخلخل یک دسته از ساختارهای کربنی هستند که تخلخل زیاد دارند.
مساحت سطح آنها بالاست.
دارای حفراتی با ابعاد نانومتری مشابه با ابعاد فولرن هستند.
انواع کربن های متخلخل:
کربن های فعال (Activated Carbon)
گرافیت ورقه ورقه شده (Exfoliated Graphite)
ایروژل های کربن (Carbon Aerogels)
اسلاید 15 :
نانوحفرات ممکن است به شکل های زیر باشند:
قفسه ای
تونلی
در تهیه کربن فعال.
Isotropic Pitch و فنول به عنوان پیش ماده استفاده می شوند.
گرافیت ورقه ورقه شده فرم دیگر از کربن دارای مساحت سطح بالاست که با حرارت دادن ترکیب بین لایه ای (Intercalated Compound) تهیه می شود.
اسلاید 16 :
کربن ایروژل فرم نامنظمی از کربن پیوند شده sp2 . با دانسیته بالکی پایین است.
ایروژل به وسیله فرآیند فوق سرمایش (Supercooling)تهیه می شود.
این مواد مثالهایی از مواد با چگالی کم و ساختار خوشه مانند هستند که از ذرات کربنی متصل شده به هم با قطر نزدیک به nm۱۲ تشکیل شده اند.
بین هر ذره یک نانوساختار مشابه کربن شیشه ای شامل یک شبکه از نوارهای گرافیتی با عرض nm 2/5 مشاهده می شود.
مساحت سطح این ساختار m2g-1 ۶۰۰-۸۰۰ می باشد.
اسلاید 17 :
شماتیک دیاگرام میکروساختار ایروژل کربن:
هر دایره حاشور خورده نشان دهنده یک ذره کربن آمورف.
میکروساختار نشان داده شده برای فرم های دانسیته A) کم ( g/cm3 0/1~) و B) زیاد (g/cm3 0/6~).
a) mesopores که در فاصله مابین زنجیره های ذرات وصل شده، پل زده اند.
b) micropores ساندویچ شده بین ذرات
c) ذرات جدا (قطر nm 12~)
d) micropores درون ذرات
e)micropores مابین ذرات همجوار
اسلاید 18 :
کربن فعال شده (Activated carbon)
کربن فعال شده به صورت جامد آمورف دارای ساختاری با مساحت سطح داخلی بالا می باشد.
این نوع کربن می تواند ملکولهای مختلف را از فاز مایع یا گاز جذب کند.
این ترکیب از تعدادی مواد ناخالص شامل چوب، پوست نارگیل و زغال سنگ تولید می شود.
فرایندهای ویژه ای برای تهیه کربنهای فعال به فرمهای پودری، گرانول و کروی تا کنون گسترش یافته است.
اسلاید 19 :
روشهای تهیه
تولید کربن فعال بر پایه ماده اولیه و کاربرد مد نظر، به دو دسته طبقه بندی می شود:
فعال سازی حرارتی
فعال سازی حرارتی شامل حرارت دادن و تبدیل کردن کربن به گاز در دماهای بالا می باشد
فعال سازی شیمیایی
فعال سازی شیمیایی بوسیله آبگیری شیمیایی از ماده خام اولیه در دماهای بسیار پایین تر صورت می گیرد.
اسلاید 20 :
فرایند فعال سازی حرارتی
فعال سازی حرارتی در دو مرحله صورت می گیرد:
تخریب حرارتی یا زغالی کردن (carbonization) پیش ماده
در این مرحله هیدروژن و اکسیژن از پیش ماده خارج می شوند تا ساختار متخلخل اولیه کربنی تشکیل شود.
تبدیل به گاز کردن یا فعال سازی ماده زغالی شده.
در طول فعال سازی، برای افزایش حجم خلل و فرج و مساحت سطح ذره از طریق حذف محصولات فرار و تخلیه کربن (Carbon burn-off)، اتمسفر اکسید کننده ای مانند بخار آب استفاده می شود.
