（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水）膨脹石墨是由天然鱗片石墨制得的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)（見圖1）,因此又叫作石墨蠕蟲。早在十九世紀(jì)六十年代初，B.C.Brodic 在研究石墨性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，把天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用，在受熱時石墨的體積會發(fā)生一定的膨脹。天然鱗片石墨是具有層狀結(jié)構(gòu)的晶體,每一層的碳原子以強(qiáng)有力的共價健組合成網(wǎng)狀平面大分子,而層與層之間以很弱的范德華力結(jié)合,在強(qiáng)氧化劑的作用下,網(wǎng)狀平面大分子變成帶有正電荷的平面大分子,致使具有極性的H2SO4分子和硫酸氫根等負(fù)離子插入石墨層中形成可膨脹石墨,又叫石墨層間化合物(graphite intercalation compounds, GICs)。
圖1 膨脹石墨的微觀形貌
從外觀看來，膨脹石墨是一種疏松多孔而富于柔軟性的物質(zhì)。其比重特別小，有較大的比表面積，一般可達(dá) 50-200m2/g，孔徑基本以中、大孔為主。
從宏觀結(jié)構(gòu)上看,一個石墨蠕蟲由多個“微胞”連接在一起組成。從微觀結(jié)構(gòu)上看,微胞內(nèi)又有許多細(xì)小孔隙,形成了膨脹石墨豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。天然鱗片石墨內(nèi)原有許多片層有序區(qū),高溫氣化過程中,片層間的連接處首先被層間化合物(主要為Cn(HSO4)n和吸存水)的分解氣流脹開,形成了膨脹石墨沿c軸的尺寸在幾十至幾百微米的第一級孔隙,即微胞之間較大的裂縫(圖2a)。而片層有序區(qū)內(nèi)部,若干亞片層之間受熱不均勻變形形成幾十微米的第二級孔(圖2b),原來的一個片層有序區(qū)就對應(yīng)著此時的一個微胞。亞片層內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu),呈多邊型,取向無規(guī),網(wǎng)絡(luò)狀互相連通,構(gòu)成了膨脹石墨的尺寸在幾至幾十微米第三級孔結(jié)構(gòu)(圖2c)。在三級孔的孔壁上用SEM進(jìn)行高倍放大,觀察不到明顯孔隙結(jié)構(gòu),表明三級孔壁上沒有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)。但用N2法可以測得有少量的納米級微孔,將其歸納為第四級孔。
圖2 膨脹石墨的微觀孔結(jié)構(gòu)
（1）軟、輕質(zhì)、多孔、吸附性能好。由于膨脹石墨孔隙發(fā)達(dá)而且多以中大孔為主,所以易吸附大分子物質(zhì),尤其是非極性大分子；
（2）耐高低溫。膨脹石墨的耐溫范圍非常寬，能承受-200℃的超低溫到3600℃的高溫。做為密封材料，在非氧化介質(zhì)或惰性氣體中，在200-2500℃范圍內(nèi)使用時，高溫不軟化，低溫不變脆，尤其不因壓力和高溫交變或受到震動，而出現(xiàn)密封失效。
（3）耐氧化、耐腐蝕。在小于450℃空氣中不氧化；除王水、濃硝酸、發(fā)煙硫酸和高溫下的重鉻酸鉀、高錳酸鹽等少數(shù)幾個強(qiáng)氧化劑外,幾乎能抗所有的化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，對絕大多數(shù)無機(jī)酸、堿和鹽類都適用。
（4）耐輻射。能承受中子射線、b射線、γ射線等放射性射線的長期照射而不分解、不變形、不老化；
（5）各向異性：膨脹石墨在傳熱、導(dǎo)電和熱膨脹等方面有優(yōu)異的各向異性，平面層方向的熱傳導(dǎo)率比厚度方向大28倍，導(dǎo)電率大500倍。
（6）表面活性：由于表面自由能迅速增加，表面活性增強(qiáng)，因而具有強(qiáng)的吸附性和自粘性，即使在不加任何粘合劑的情況下也可直接壓制成各種制品。
（7）自潤滑性好：在外力的作用下，容易沿平面層方向產(chǎn)生相對滑移，形成自潤滑性并有低的摩擦系數(shù)。
（8）膨脹石墨還具有不滲透性,可撓性、回彈性優(yōu)良等性質(zhì)。 |
