Фторсодержащий графит является передовым углеродно-графитовым функциональным материалом, образованным в результате реакции углерода и фтора при высокой температуре, а его превосходные эксплуатационные характеристики и уникальное качество делают его прекрасной вещью в новых функциональных материалах.
Во-первых, структурные характеристики фторированного графита
Фторид графита представляет собой соединение, в котором атом фтора ковалентно связан с атомом углерода, составляющим плоскость сети.
Химическая структура фторированного графита может быть выражена как (CFx) n, x является неопределенным значением, и его диапазон обычно равен 0. Конкретный процесс представляет собой процесс разрыва π-связи углеродного слоя (гибридизации sp2) и объединения с атомами углерода с образованием связи CF. Это один из наиболее эффективных методов изменения и контроля физических и химических свойств углеродных материалов, который может значительно улучшить полярность поверхности, электропроводность, адсорбционную емкость и емкостные свойства углеродных материалов.
В настоящее время он содержит два стабильных соединения, одно из которых представляет собой полимонфторуглерод, химическая формула (CF) n, другое представляет собой полимонфторуглерод, а химическая формула (C2F) n. Поскольку фтор имеет небольшой атомный радиус и высокую электроотрицательность, его соединения проявляют уникальные свойства.

Принципиальная схема структуры однослойного соединения (CF) и (C2F)

Во-вторых, природа фторида графита
Физические свойства
C / F атомное отношение
Производительность фторированного графита зависит от соотношения атомов C / F в молекулярной структуре. Отношение C / F ≤ 1 называется фторидом с высоким содержанием фторированного графита, а отношение C / F> 1 называется фторидом с низким содержанием фторированного графита.
Высокофторированный графит обладает превосходной термической стабильностью, является электрическим и тепловым изолятором, не подвержен коррозии сильными кислотами и щелочами и обладает смазочными свойствами, превосходящими MoS2 и чешуйчатый графит. Низкофторированный графит имеет серовато-черный цвет, обладает низкой термостойкостью и обычно не используется в качестве смазки Но это идеальный материал для изготовления высокоэнергетических безводных катодных батарей.

Термостойкость
Небольшая потеря веса выше 500 ° C - это соединение с плохой термостабильностью.
Производительность смазки
Это самый низкий коэффициент трения консистентных смазок и твердых смазочных материалов (дисульфид молибдена, графит и т. Д.). Коэффициент трения составляет всего 0,1 ~ 0,13 при 27 ~ 344 ° C.
Химические свойства
Поверхностная энергия: Поверхностная энергия фторированного графита чрезвычайно низка.

Поверхностная свободная энергия нескольких материалов

Коррозионностойкий, реакция восстановления с водородом с образованием фтористого водорода, реакция с щелочным металлом и галогенидом щелочного металла при высокой температуре / нагревание с плавлением с образованием фторида щелочного металла и аморфного углерода.
Электрохимические свойства
Фторированный графит является активным материалом батареи. При использовании лития в качестве анода и фторированного графита в качестве катода для формирования неводной батареи плотность энергии примерно в 5 раз выше, чем у марганцевой батареи на водной основе, а напряжение - в 2 раза; характеристики накопления хорошие, газ не генерируется, саморазрядный электрод мал, рабочее напряжение стабильно, Температурный эффект невелик и обычно используется в диапазоне от -20 до 70 ° C.
В-третьих, процесс синтеза фторированного графита
Высокотемпературный синтез
Это наиболее распространенный метод синтеза фторированного графита, позволяющий графиту и газообразному фтору вступать в реакцию непосредственно при определенной температуре.
Метод синтеза, использующий газообразный фтор в качестве сырья, может производить соответствующий фторированный графит путем выбора различных температур реакции, однако из-за токсического газа, содержащегося в сырье, в процессе реакции может взорваться или утечь газ, который имеет большую угрозу безопасности. И процесс реакции сопровождается большим количеством побочных продуктов, что приводит к относительно низкому выходу. В последние годы некоторые исследователи использовали фторсодержащие вещества в качестве сырья для фтора с целью оптимизации синтетической среды и снижения рисков для безопасности.
Низкотемпературный синтез
Метод низкотемпературного синтеза, также известный как метод непрямой реакции, относится к процессу, в котором графит сначала реагирует с пентагалогенидом с образованием интеркалированного соединения графита при температуре от 250 до 500 ° С, а затем реагирует с газообразным фтором при комнатной температуре с образованием фторида графита.
Этот метод имеет преимущества относительно низкой температуры реакции и большого диапазона регулирования и значительно снижает вероятность взрыва, а количество побочных продуктов мало, выход фторсодержащего графита высок, а извлеченное сырье может быть переработано, однако из-за процесса реакции Газообразный фтор, поэтому необходимо обратить внимание на проблемы герметизации, безопасности и т. Д., А требования к производственному оборудованию высоки.
Каталитический синтез
Каталитический синтез означает, что когда присутствует фторид металла, такой как LiF, реакция графита с газообразным фтором может проводиться плавно при температуре ниже 300 ° C. Среди них фторид металла в основном играет каталитическую роль, и присутствие фторида металла может улучшить определенные свойства фторированного графита, такие как электропроводность.
Электролитический синтез
В середине двух полюсов батареи графит и фтористоводородная кислота подвергаются электролизу под воздействием электрического поля, и электрохимическая реакция может генерировать фторид графита, а ход процесса электролиза может контролироваться концентрацией реакционной жидкости, температурой реакции и количеством электролита.
В-четвертых, применение фторированного графита
Используется в качестве водостойкого эмалевого материала
Фторированный графит является одним из наиболее гидрофобных материалов благодаря своей сильной ковалентной природе и низкой поляризации C-F. Низкая поверхность фторсодержащего графита позволяет использовать его на водо- и маслостойких материалах для уменьшения или контроля смачивания твердых поверхностей различными жидкостями.
Используется как разделительный агент
Низкая поверхность фторсодержащего графита позволяет использовать его для формования различных материалов, а также может использоваться в качестве антиадгезива для пресс-формы для литья под давлением, формования фанеры, порошкового формования, спекания, пластика и т. Д., А также в качестве абразива. Для притирки в оптике.
Используется в качестве твердого смазочного материала
Фторид графита имеет беспрецедентную высокую смазывающую способность и химическую стабильность графита и MoS2. Его можно использовать в качестве твердого смазочного материала или модифицировать в качестве смазочной добавки. Он широко используется в жестких условиях, таких как высокая температура, высокая скорость и высокая нагрузка, а также устойчив к кислотной и щелочной коррозии и используется в области энергосбережения и антифрикционной смазки.
Используется как добавка положительного или положительного электрода для батарей
Фторированный графит заменяет фтор в качестве активного материала положительного электрода и в сочетании с металлическим литием и органическим растворителем, в котором LiBF4 или LiClO4 растворяется, образует электрод литиевой батареи, который может увеличить выходное напряжение в два раза по сравнению с обычной батареей и имеет широкий температурный диапазон и длительный период хранения. Сформируйте батарею высокой мощности, высокой энергии, высокой плотности.
Применение в ядерных реакторах
Фторированный графит в основном используется в качестве замедлителя, отражающего материала и материала покрытия в ядерном реакторе. Полезная модель имеет преимущества, заключающиеся в том, что скорость проецирования газа мала, эффективность против обрастания хорошая, секция поглощения тепловых нейтронов мала, потери тепловых нейтронов в реакторе малы, а термическая эффективность реакции высока.