Süsinikumaterjali perekonna võtmeliikmena näitavad grafiidilehtedel laiaulatuslikke energia-, elektroonika-, keemiatehnika ja kosmoseväljavaateid nende suurepärase termilise ja elektrijuhtivuse, keemilise stabiilsuse ja mehaanilise tugevuse tõttu. Viimastel aastatel on materjaliteaduse ja inseneri kiire arendamisega jätkuvalt süvenenud grafiidilehtede uurimistöö, mille tulemuseks on olulised edusammud struktuurilise disaini, jõudluse optimeerimise ja funktsionaalsete rakenduste alal.
1. grafiidilehe ettevalmistamise tehnoloogia
Grafiidilehtede ettevalmistusprotsess mõjutab otseselt nende mikrostruktuuri ja makroskoopilisi omadusi ning seetõttu on see seetõttu põhiosa uurimisvaldkond. Traditsiooniliselt toodetakse grafiidilehti tavaliselt survevormimise või kõrge - temperatuuriga loodusliku helveste grafiidi abil, kuid need meetodid põhjustavad piiratud tihedust ja ühtlust. Viimastel aastatel on teadlased välja töötanud mitmesuguseid uudseid ettevalmistamise tehnikaid, sealhulgas keemilise aurude sadestumine (CVD), polümeeri eelkäija muundamine ja hübriidmeetodid (nt vaikude, metallide või keraamikaga grafiidi komposiidid).
Nende hulgas saab CVD -tehnoloogia ladestuda kõrge - kvaliteetsete grafiidfilmidega substraadi pindadele. Reaktiiv gaaside (näiteks metaan, vesiniku ja argoon) suhet ja temperatuuri reguleerides saab grafiidikihtide arvu ja tera suuruse arvu täpselt kontrollida. Lisaks on märkimisväärset tähelepanu pälvinud ka polümeeri prekursoritel põhinev pürolüütiline grafitiseerimine, näiteks polüimiid (PI). See meetod kasutab kõrge - temperatuuri töötlemine (üle 2800 kraadi) orgaaniliste ainete süsinoid grafiidstruktuuriks. Saadud grafiidilehtedel on kõrge orientatsioon ja suurepärane soojusjuhtivus.
2. jõudluse optimeerimise ja muutmise uurimine
Grafiidilehtede jõudluse optimeerimine keskendub peamiselt soojusjuhtivusele, elektrijuhtivusele, mehaanilisele tugevusele ja korrosioonikindlusele. Soojusjuhtivuse osas on teadlased leidnud, et grafiidilehtede kihide vahelise orientatsiooni (näiteks - abistava orientatsiooni kaudu) suurendamine võib nende - tasapinnalise soojusjuhtivuse parandada nende -. Mõnede kõrgelt orienteeritud grafiidilehtede soojusjuhtivus on ületanud 1500 W/(M · K). Elektrijuhtivuse osas võib doping selliste elementidega nagu lämmastik ja boor või tugevdusfaaside, näiteks süsiniknanotorude ja grafeeni sissetoomine, nende elektronide transporti veelgi parandada.
Ehkki grafiidilehtedel on kõrge survetugevus, on nende tõmbetugevus ja sitkus suhteliselt madalad, piirates nende kasutamist koormuses - kandestruktuurides. Selle lahendamiseks on teadlased uurinud selliseid lahendusi nagu süsinikkiud - tugevdatud grafiitkomposiidid ja grafiit-/metallist komposiitlehed, suurendades üldisi mehaanilisi omadusi, tutvustades kõrget - tugevust teine - faasimaterjalid. Lisaks sellele kasutatakse konkreetsete rakenduste (näiteks keemilise korrosioonikaitse) jaoks pinnakatetehnoloogiaid (näiteks nikliplaatimist, sic -kattekihti või al₂o₃ kattekihti) grafiidlehtede korrosioonikindluse suurendamiseks.
3. Funktsionaalsetes rakendustes areng
Grafiidlehtede ainulaadsed omadused on muutnud need erinevates väljades väärtuslikuks. Energiasektoris kasutatakse kõrge - soojusjuhtivuse grafiidilehti laialdaselt liitiumaku aku termilise haldamisel, pooljuhtide soojuse hajumisel ja päikeseenergia termilise muundamise süsteemis. Näiteks kasutatakse elektrisõidukite akupakkides soojuse hajumise substraatidena, vähendades tõhusalt aku töötemperatuuri ja pikendades aku kestvust.
Elektroonikasektoris kasutatakse nende suurepäraste elektriliste omaduste tõttu grafiidilehti painduvates vooluahelates, elektromagnetilistes varjestusmaterjalides ja soojuse hajumise komponentides kõrge - toite elektrooniliste seadmete jaoks. Lisaks pakub grafeeni - grafiitide komposiitlehtede väljatöötamine potentsiaalseid lahendusi järgmiseks - genereerimiseks kõrge - sagedusega elektroonikaseadmete jaoks. Keemiatööstuses on grafiidilehed nende kõrge - temperatuuri ja korrosiooni - vastupidavad omaduste tõttu, ideaalne valik reaktori vooderdiste, tihendusmaterjalide ja kõrge - temperatuurifiltrite tõttu.
4. tulevased uurimissuunad
Ehkki grafiidilehe uurimistöö on saavutanud arvukalt läbimurdeid, on endiselt väljakutseid, näiteks suure - skaala tootmise kõrge hind ja ebapiisav stabiilsus mõnes äärmuslikus keskkonnas. Tulevased uuringud võivad keskenduda järgmistele valdkondadele:
1. roheline ja madal - kulude tootmistehnoloogia: energia arendamine - tõhusad ja tõhusad sünteesiprotsessid, et edendada grafiidilehtede tööstuslikku rakendust;
2. multifunktsionaalne integreeritud disain: termiliste, elektriliste ja mehaaniliste omaduste optimeerimine komposiitkonstruktsiooni disaini kaudu;
3. äärmuslik keskkonna kohanemisvõime: pika - uurimine grafiidilehtede stabiilsuse stabiilsuse kõrgel temperatuuril, tugeva kiirguse või raske korrosiooni all;
4. arenevate rakenduste uurimine: rakendused kvantseadmete jahutus, kosmosetehnoloogia ja biomeditsiiniliste materjalide osas.
Kokkuvõtlikult areneb kiiresti grafiidilehtede uurimine. Jätkuvate läbimurdetega tootmistehnoloogias, jõudluskontrollis ja funktsionaalsetes rakendustes muutub selle roll kõrge - lõpptootmine ja strateegilised arenevad tööstused üha olulisemaks.
