Типы аморфного углерода, свойства и применение



аморфный углерод это все тот аллотропный углерод со структурами, полными молекулярных дефектов и неровностей. Термин аллотроп относится к тому факту, что один химический элемент, такой как атом углерода, образует различные молекулярные структуры; некоторые кристаллические, а другие, как в этом случае, аморфные.

У аморфного углерода отсутствует кристаллическая структура с большим радиусом действия, которая характеризует алмаз и графит. Это означает, что структурный рисунок остается слегка постоянным, если вы визуализируете области твердого тела очень близко друг к другу; и когда они далеки, их различия становятся очевидными.

Характеристики или физические и химические свойства аморфного углерода также отличаются от свойств графита и алмаза. Например, у нас есть знаменитый древесный уголь, продукт сжигания древесины (верхнее изображение). Это не смазка и не блестящая.

Существует несколько типов аморфного углерода в природе, и эти разновидности также могут быть получены синтетически. Технический углерод, активированный уголь, сажа и древесный уголь относятся к числу различных форм аморфного углерода..

Аморфный углерод имеет важное применение на уровне энергетики, а также в текстильной и санитарной промышленности..

индекс

  • 1 Виды аморфного углерода
    • 1.1 По происхождению
    • 1.2 Структура
    • 1.3 Состав
  • 2 свойства
  • 3 использования
    • 3.1 Уголь
    • 3.2 Активированный уголь
    • 3.3 Технический углерод
    • 3.4 Аморфные углеродные пленки
  • 4 Ссылки

Типы аморфного углерода

Есть несколько критериев для их классификации, таких как их происхождение, состав и структура. Последнее зависит от связи между атомами углерода с sp-гибридизацией2 и зр3; то есть те, которые определяют плоскость или тетраэдр соответственно. Следовательно, неорганическая (минералогическая) матрица этих твердых веществ может стать очень сложной.

По происхождению

Существует аморфный углерод природного происхождения, поскольку он является продуктом окисления и форм разложения органических соединений. К этому типу углерода относятся сажа, углерод и углерод, полученные из карбидов..

Синтетический аморфный углерод получают методами катодного осаждения и катодного распыления. Синтетически, алмазный аморфный углерод или пленки аморфного углерода также производятся.

структура

Также аморфный углерод может быть сгруппирован в три больших типа в зависимости от пропорции sp.2 или зр3 присутствует. Существует аморфный углерод, который относится к так называемому элементарному аморфному углероду (aC), гидрированному аморфному углероду (aC: H) и тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C)..

Элементарный аморфный углерод

Часто сокращенно обозначаемый как С или С, он включает активированный уголь и технический углерод. Сорта этой группы получены неполным сгоранием животных и растительных веществ; то есть они горят при стехиометрическом дефиците кислорода.

У них более высокая доля sp-ссылок2 в его молекулярной структуре или организации. Их можно представить как серию сгруппированных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, произведенных тетраэдрических атомов углерода, которые устанавливают неоднородность в целом.

Из них были синтезированы нанокомпозиты с использованием электронных приложений и материалов..

Аморфный гидрогенизированный углерод

Сокращенный как aC: H или HAC. Среди них сажа, дым, уголь, добываемый в виде битума, и асфальт. Сажу легко отличить, когда в горе, прилегающей к городу или городу, есть пожар, где он наблюдается в воздушных потоках, которые тянут его в виде хрупких черных листьев черного цвета..

Как следует из названия, он содержит водород, но ковалентно связан с атомами углерода, а не молекулярного типа (H2). То есть есть ссылки C-H. Если водород выйдет из одной из этих связей, появится орбиталь с неспаренным электроном. Если два из этих неспаренных электронов находятся очень близко друг к другу, они будут взаимодействовать, вызывая так называемые оборванные связи (оборванные связи на английском языке).

С этим типом гидрогенизированных аморфных углеродных пленок или покрытий более низкой твердости, чем те, которые сделаны с та-C.

Тетраэдрический аморфный углерод

Сокращенный как ta-C, также названный углеродом, подобным алмазу. Он содержит высокую долю sp гибридизированных связей3.

К этой классификации относятся пленки или покрытия из аморфного углерода, имеющие аморфную тетраэдрическую структуру. Им не хватает водорода, они обладают высокой твердостью, и многие их физические свойства аналогичны свойствам алмаза..

Молекулярно, он состоит из тетраэдрических атомов углерода, которые не имеют дальнего структурного рисунка; в то время как в алмазе порядок остается постоянным в разных областях кристалла. Та-C может представлять кристаллу определенный порядок или характерный рисунок, но только на небольшом расстоянии..

состав

Уголь организован в виде пластов черной породы, содержащих другие элементы, такие как сера, водород, азот и кислород. Отсюда возникают аморфные угли, такие как уголь, торф, антрацит и лигнит. Все эти антрациты имеют самый высокий углеродный состав..

свойства

Истинный аморфный углерод имеет π-связи, расположенные с отклонениями в межатомном интервале и изменением угла связи. Имеет sp гибридизированные ссылки2 и зр3 чьи отношения варьируются в зависимости от типа аморфного углерода.

Его физические и химические свойства связаны с его молекулярной организацией и микроструктурой..

В целом, он обладает свойствами высокой стабильности и высокой механической твердости, термостойкости и износостойкости. Кроме того, он характеризуется тем, что обладает высокой оптической прозрачностью, низким коэффициентом трения и устойчивостью к различным коррозийным агентам..

Аморфный углерод чувствителен к воздействию облучения, обладает высокой электрохимической стабильностью и электрической проводимостью, среди других свойств.

приложений

Каждый из различных типов аморфного углерода имеет свои особенности или свойства, и очень специфическое использование.

Уголь

Уголь является ископаемым топливом, и поэтому он является важным источником энергии, который также используется для выработки электроэнергии. Воздействие угольной промышленности на окружающую среду и ее использование на электростанциях сегодня широко обсуждается..

Активированный уголь

Полезно проводить процессы селективного поглощения или фильтрации загрязняющих веществ в питьевой воде, обесцвечивать растворы и даже могут поглощать газы серы.

Сажа

Технический углерод широко используется при производстве пигментов, печатных красок и различных красок. Этот углерод обычно улучшает прочность и сопротивление изделий из резины.

Поскольку наполнитель в шинах или шинах повышает его износостойкость и защищает материалы от деградации, вызванной солнечным светом.

Пленки аморфного углерода

Технологическое использование пленок или покрытий из аморфного углерода в разнообразных устройствах с плоским экраном и микроэлектронных устройствах растет. Доля sp ссылок2 и зр3 придает аморфным углеродным пленкам оптические и механические свойства различной плотности и твердости.

Кроме того, они используются в антиотражающих покрытиях, в покрытиях для радиологической защиты, среди других применений.

ссылки

  1. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия (Четвертое издание). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2018). Аморфный уголь. Получено с: en.wikipedia.org
  3. Коучи А. (2014) Аморфный углерод. В: Амилс Р. и соавт. (ред.) Энциклопедия Астробиологии. Спрингер, Берлин, Гейдельберг.
  4. Ями. (21 мая 2012 г.) Аллотропные формы углерода. Восстановленный от: quimicaorganica-mky-yamile.blogspot.com
  5. Наука Директ. (2019). Аморфный углерод. Получено с: sciencedirect.com
  6. Rubio-Roy, M., Corbella, C. and Bertran, E. (2011). Трибологические свойства тонких пленок фторированного аморфного углерода. Получено с: researchgate.net