สำรวจคุณสมบัติและการใช้งานอันเป็นเอกลักษณ์ของคาร์บอนแก้ว

คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ซึ่งครอบคลุมคุณสมบัติของสสารเกือบทั้งหมดที่พบบนโลก โดยแสดงคุณลักษณะที่หลากหลาย เช่น ความแข็งและความอ่อนที่แตกต่างกัน พฤติกรรมของฉนวน-เซมิคอนดักเตอร์-ตัวนำยิ่งยวด ฉนวนความร้อน-ความเป็นตัวนำยิ่งยวด และความโปร่งใสในการดูดซับแสงโดยสมบูรณ์ ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ วัสดุที่มีการไฮบริดไดเซชัน sp2 เป็นสมาชิกหลักของตระกูลวัสดุคาร์บอน ซึ่งรวมถึงกราไฟต์ ท่อนาโนคาร์บอน กราฟีน ฟูลเลอรีน และคาร์บอนคล้ายแก้วอสัณฐาน

ตัวอย่างกราไฟท์และคาร์บอนคล้ายแก้ว

แม้ว่าวัสดุก่อนหน้านี้จะเป็นที่รู้จัก แต่วันนี้เราจะมาเน้นที่คาร์บอนที่เป็นแก้วกันดีกว่า คาร์บอนแบบกลาสหรือที่เรียกว่าคาร์บอนแบบกลาสหรือคาร์บอนแบบแก้ว ผสมผสานคุณสมบัติของแก้วและเซรามิกเข้าด้วยกันให้เป็นวัสดุคาร์บอนที่ไม่ใช่กราไฟต์ ต่างจากกราไฟท์แบบผลึกตรงที่เป็นวัสดุคาร์บอนอสัณฐานที่ผสม sp2 เกือบ 100% คาร์บอนที่เป็นแก้วถูกสังเคราะห์โดยการเผาที่อุณหภูมิสูงของสารประกอบอินทรีย์ของสารตั้งต้น เช่น เรซินฟีนอลหรือเรซินเฟอร์ฟูริลแอลกอฮอล์ ภายใต้บรรยากาศก๊าซเฉื่อย ลักษณะสีดำและพื้นผิวเรียบคล้ายกระจกทำให้ได้ชื่อว่า "คาร์บอนคล้ายแก้ว"

นับตั้งแต่การสังเคราะห์ครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ในปี 1962 โครงสร้างและคุณสมบัติของคาร์บอนที่เป็นแก้วได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง และยังคงเป็นประเด็นร้อนในสาขาวัสดุคาร์บอน คาร์บอนที่เป็นแก้วสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท: คาร์บอนที่เป็นแก้วประเภทที่ 1 และประเภทที่ 2 คาร์บอนแก้วประเภท I ถูกเผาจากสารตั้งต้นอินทรีย์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2000°C และประกอบด้วยชิ้นส่วนกราฟีนที่โค้งงอแบบสุ่มเป็นส่วนใหญ่ ในทางกลับกัน คาร์บอนแก้ว Type II จะถูกเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า (~2500°C) และสร้างเมทริกซ์สามมิติอสัณฐานหลายชั้นที่ไม่มีรูปร่างของโครงสร้างทรงกลมคล้ายฟูลเลอรีนที่ประกอบขึ้นเอง (ดังแสดงในรูปด้านล่าง)

การแสดงโครงสร้างคาร์บอนคล้ายแก้ว (ซ้าย) และภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูง (ขวา)

การวิจัยล่าสุดพบว่าคาร์บอนแก้ว Type II มีความสามารถในการอัดตัวได้สูงกว่าประเภท I ซึ่งเป็นผลมาจากโครงสร้างทรงกลมคล้ายฟูลเลอรีนที่ประกอบขึ้นเอง แม้จะมีความแตกต่างทางเรขาคณิตเล็กน้อย ทั้งเมทริกซ์คาร์บอนแก้ว Type I และ Type II โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยกราฟีนโค้งงอที่ไม่เป็นระเบียบ

การใช้งานกลาสซี่คาร์บอน

คาร์บอนแบบกลาสมีคุณสมบัติโดดเด่นมากมาย รวมถึงความหนาแน่นต่ำ ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง ความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซและของเหลวสูง มีความเสถียรทางความร้อนและทางเคมีสูง ซึ่งทำให้นำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิต เคมี และอิเล็กทรอนิกส์

01 การใช้งานที่อุณหภูมิสูง

คาร์บอนที่เป็นแก้วมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศ โดยทนอุณหภูมิได้สูงถึง 3000°C ซึ่งแตกต่างจากวัสดุเซรามิกและโลหะที่มีอุณหภูมิสูงอื่นๆ ความแข็งแรงของคาร์บอนที่เป็นแก้วจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ และสามารถเข้าถึงได้สูงถึง 2,700K โดยไม่เปราะ นอกจากนี้ยังมีมวลต่ำ การดูดซับความร้อนต่ำ และการขยายตัวทางความร้อนต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงต่างๆ รวมถึงท่อป้องกันเทอร์โมคัปเปิล ระบบการโหลด และส่วนประกอบของเตาเผา

02 การใช้งานทางเคมี

คาร์บอนคล้ายแก้วมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงจึงนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการวิเคราะห์ทางเคมี อุปกรณ์ที่ทำจากคาร์บอนคล้ายแก้วมีข้อได้เปรียบเหนืออุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการทั่วไปที่ทำจากแพลตตินัม ทอง โลหะที่ทนต่อการกัดกร่อนอื่นๆ เซรามิกพิเศษ หรือฟลูออโรพลาสติก ข้อดีเหล่านี้ได้แก่ ความต้านทานต่อสารสลายตัวแบบเปียกทั้งหมด ไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ (การดูดซับและการสลายองค์ประกอบที่ไม่สามารถควบคุมได้) การไม่มีการปนเปื้อนของตัวอย่างที่วิเคราะห์ ความต้านทานต่อกรดและสารละลายอัลคาไลน์ และพื้นผิวแก้วที่ไม่มีรูพรุน

03 เทคโนโลยีทันตกรรม

ถ้วยใส่ตัวอย่างคาร์บอนแบบแก้วมักใช้ในเทคโนโลยีทางทันตกรรมสำหรับการหลอมโลหะมีค่าและโลหะผสมไทเทเนียม มีข้อดีต่างๆ เช่น การนำความร้อนสูง อายุการใช้งานยาวนานกว่าเมื่อเทียบกับถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟท์ ไม่มีการยึดเกาะของโลหะมีค่าที่หลอมละลาย ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ใช้ได้กับโลหะมีค่าและโลหะผสมไทเทเนียมทั้งหมด การใช้งานในเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบเหนี่ยวนำ การสร้างบรรยากาศการป้องกันเหนือโลหะหลอมเหลว และขจัดความจำเป็นในการฟลักซ์

การใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างคาร์บอนแบบแก้วจะช่วยลดเวลาในการทำความร้อนและการหลอมเหลว และช่วยให้คอยล์ทำความร้อนของหน่วยหลอมเหลวทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าภาชนะเซรามิกแบบเดิม ซึ่งช่วยลดเวลาที่ต้องใช้ในการหล่อแต่ละครั้งและยืดอายุการใช้งานของถ้วยใส่ตัวอย่าง นอกจากนี้ ความสามารถในการไม่เปียกน้ำยังช่วยลดความกังวลเรื่องการสูญเสียวัสดุอีกด้วย

04 การใช้งานเซมิคอนดักเตอร์

คาร์บอนคล้ายแก้วซึ่งมีความบริสุทธิ์สูง ทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยม ไม่มีการสร้างอนุภาค สภาพการนำไฟฟ้า และคุณสมบัติทางกลที่ดี เป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ถ้วยใส่ตัวอย่างและเรือที่ทำจากคาร์บอนคล้ายแก้วสามารถใช้สำหรับการหลอมแบบโซนของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์โดยใช้วิธี Bridgman หรือ Czochralski การสังเคราะห์แกลเลียมอาร์เซไนด์ และการเติบโตของผลึกเดี่ยว นอกจากนี้ คาร์บอนคล้ายแก้วยังทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบในระบบการฝังไอออนและอิเล็กโทรดในระบบการกัดด้วยพลาสมา ความโปร่งใสของรังสีเอกซ์ที่สูงยังทำให้เศษคาร์บอนคล้ายแก้วเหมาะสำหรับพื้นผิวของหน้ากากเอ็กซ์เรย์

โดยสรุป คาร์บอนคล้ายแก้วมีคุณสมบัติพิเศษซึ่งรวมถึงความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ความเฉื่อยของสารเคมี และสมรรถนะทางกลที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ

ติดต่อ Semicera สำหรับผลิตภัณฑ์คาร์บอนแก้วแบบกำหนดเอง
อีเมล:sales05@semi-cera.com