흑연은 탄소의 결정질 형태입니다.탄소원소의 동소체이며, 각 탄소원자의 주변부는 다른 탄소원자 3개(다수의 육각형이 벌집모양으로 배열되어 있음)와 연결되어 공유결합 분자를 형성합니다.흑연은 각 탄소 원자가 전자를 방출하고 그 전자가 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 전기 전도체입니다.흑연은 가장 부드러운 광물 중 하나이며, 연필심과 윤활제 제조에 사용됩니다.탄소는 주기율표 제2주기의 IVA족에 위치한 비금속 원소이다.육각 크리스탈 시스템, 철 잉크 색상부터 짙은 회색까지.밀도는 2.25g/cm3, 경도는 1.5, 녹는점은 3652°C, 끓는점은 4827°C입니다.부드럽고 크리미하며 전도성이 있습니다.화학적 특성은 비활성이고 부식에 강하며 산 및 알칼리와 쉽게 반응하지 않습니다.공기나 산소의 열이 강화되면 연소되어 이산화탄소가 생성될 수 있습니다.강한 산화제는 유기산으로 산화됩니다.마찰 방지제 및 윤활 재료로 사용되며 도가니, 전극, 건전지, 연필심 등을 만듭니다.고순도 흑연은 원자로의 중성자 감속재로 사용될 수 있습니다.이전에는 납으로 오인되었기 때문에 종종 숯 또는 흑연이라고 불립니다.

탄소는 대기와 지각에 다양한 형태로 존재하는 매우 일반적인 원소입니다.단순 탄소는 아주 일찍부터 알려지고 활용되었으며, 일련의 탄소 화합물인 유기물은 생명의 기초입니다.탄소는 선철, 연철, 강철의 구성성분이다.탄소는 화학적으로 자가 결합하여 생물학적으로나 상업적으로 중요한 분자인 다수의 화합물을 형성할 수 있습니다.살아있는 유기체의 대부분의 분자에는 탄소가 포함되어 있습니다.

탄소는 다이아몬드, 흑연과 같은 결정질 단순탄소;석탄 등의 비정질 탄소;동식물 등의 복합 유기화합물;대리석과 같은 탄산염.원소 탄소의 물리적, 화학적 특성은 결정 구조에 따라 달라집니다.고경도 다이아몬드와 부드럽고 미끄러운 흑연은 결정 구조가 다르며, 각각의 외관, 밀도, 융점 등이 다릅니다.

흑연의 정제

1. 화학적 정화는 흑연의 특성을 이용하여 산, 알칼리 및 부식에 저항하고 흑연 정광을 산 및 알칼리로 처리하여 불순물을 용해시킨 다음 씻어내어 정광 등급을 향상시키는 것입니다.화학적 정제를 통해 99% 등급의 고탄소 흑연을 얻을 수 있습니다.화학적 정제 방법에는 여러 가지가 있는데, 중국에서 가장 널리 사용되는 방법은 수산화나트륨의 고온 용해법이다.

기본 원리는 흑연(주로 규산염 광물) 중의 불순물을 500°C 이상의 고온 조건에서 가성소다, 즉 NaOH와 반응시켜 수용성 반응물을 생성시키는 것인데, 이 반응물을 물로 침출시켜 제거할 수 있습니다. .불순물의 또 다른 일부인 산화철 등의 불순물은 알칼리 용융 후 HCl로 중화되어 수용성 지하수와 함께 염화제이철을 형성하며, 이는 물로 세척하여 제거할 수 있습니다.
위의 공정에서 NaOH의 농도는 약 50%이며 흑연과 1:0.8의 비율로 혼합된다. 즉, 고탄소 흑연 1톤을 생산하는데 약 0.4톤의 NaOH가 소모된다.첨가된 HCl의 양은 흑연의 약 30%이다.연료로 사용되는 석탄은 0.6~0.7톤 정도이다.알칼리융합법에 사용되는 장비로는 주로 앵커믹서, 용해로, 프로펠러믹서, V자형 세척탱크 등이 있으며 회수율은 85~90%이다.이 공정은 더 진보되었지만 물 소비량이 많고 흑연 손실이 높으며 생산성이 낮고 알칼리 소비량이 많으며 배출되는 폐액에 의한 환경 오염이라는 단점도 있습니다.
위에서 언급한 결함을 해결하거나 개선하기 위해 허난성 지질광물자원국 암석 및 광물 시험 센터는 V자형 세척 탱크를 원심 세척으로 대체하여 고탄소 흑연을 정제하는 새로운 공정을 개발했습니다. , 처리 후 폐액을 재활용합니다.이 신기술을 채택하면 재료비를 약 50% 절감하고, 물을 약 50% 절약하며, 수율을 약 10% 높이고, 폐액의 환경 오염을 줄일 수 있습니다.흑연의 고정 탄소 함량은 99% 이상이며 회수율은 92.8%에 이릅니다.

2. 물리적 정화는 고온 정화입니다.흑연의 고온 저항성을 이용하여 전기로에 넣고 공기 없이 2500°C까지 가열하여 회분(불순물)을 휘발시켜 정광의 등급을 향상시킵니다.고온 정제를 통해 99.9% 등급의 고순도 흑연을 얻을 수 있습니다.

그래핀은 탄소 원자로 구성된 단층 시트 구조를 지닌 신소재다.육각형 벌집 격자를 형성하는 sp2 하이브리드 오비탈을 갖는 탄소 원자로 구성된 평면 필름과 탄소 원자 1개 두께의 2차원 물질입니다.그래핀은 늘 가상의 구조로 여겨져 왔으며 단독으로는 안정적으로 존재할 수 없다.2004년까지 영국 맨체스터 대학의 물리학자 안드레 가임(Andre Geim)과 콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin Novoselov)는 흑연으로부터 실험에 성공했다. 실험에서 그래핀을 분리해 단독으로 존재할 수 있다는 사실이 확인됐다.두 사람은 또한 '2차원 그래핀 재료에 대한 선구적인 실험'으로 2010년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

그래핀은 세상에서 가장 얇지만 가장 단단한 나노물질이다.거의 완전히 투명하며 빛의 2.3%만 흡수합니다.전자 이동도*는 15000 cm²/V·s를 초과하여 탄소나노튜브나 실리콘 결정*보다 높으며, 저항률은 약 10-6 Ω·cm에 불과해 전기 저항률이 가장 작은 물질인 구리나 은보다 낮습니다. 세계.저항률이 매우 낮고 전자 이동이 매우 빠르기 때문에 더 얇고 전기를 더 빠르게 전도하는 차세대 전자 부품이나 트랜지스터를 개발하는 데 사용될 것으로 예상됩니다.그래핀은 본질적으로 투명하고 우수한 전도체이기 때문에 투명한 터치 스크린, 조명 패널, 심지어 태양전지를 만드는 데에도 적합합니다.

그래핀의 또 다른 특징은 상온에서 양자 홀 효과를 관찰하는 능력이다.

그래핀의 탄소원자 배열은 단일 원자층의 흑연과 유사하며, sp2 혼합 오비탈을 갖는 벌집형 결정격자로 탄소원자가 배열된 단층 2차원 결정체이다.그래핀은 원자 크기의 탄소 원자 네트워크와 공유 결합으로 상상될 수 있습니다.그래핀이라는 이름은 영어 graphite(흑연) + -ene(ene end)에서 유래합니다.그래핀은 다환 방향족 탄화수소 원자의 평면 결정으로 간주됩니다.

그래핀의 구조는 매우 안정적이며, 탄소-탄소 결합(탄소-탄소 결합)은 1.42Å에 불과합니다.그래핀 내부의 탄소 원자 사이의 연결은 매우 유연합니다.그래핀에 외력이 가해지면 탄소 원자의 표면이 휘어지고 변형되기 때문에 외력에 적응하기 위해 탄소 원자를 재배열할 필요가 없어 구조의 안정성이 유지된다.이러한 안정적인 격자 구조로 인해 그래핀은 우수한 열전도도를 갖게 됩니다.

그래핀은 흑연, 목탄, 탄소 나노튜브 및 풀러렌과 같은 탄소 동소체를 구성하는 빌딩 블록입니다.완벽한 그래핀은 육각형(등각 육각형)만 포함하는 2차원입니다.오각형과 칠각형이 있으면 그래핀의 결함이 됩니다.12개의 오각형 그래핀이 함께 풀러렌을 형성합니다.

원통형으로 말려진 그래핀은 탄소나노튜브로 사용될 수 있습니다.또한, 그래핀은 탄도 트랜지스터(Ballistic Transistor)로도 만들어지며 많은 과학자들의 관심을 끌고 있다.2006년 3월 조지아 공과대학 연구진은 그래핀 평면 전계 효과 트랜지스터 제작에 성공하고, 양자 간섭 효과를 관찰하고, 이 결과를 바탕으로 그래핀 기반 회로를 개발했다고 발표했다.

그래핀의 출현은 전 세계적으로 연구 붐을 일으켰습니다.알려진 물질 중 가장 얇고, 매우 강하고 단단하며, 실온에서 알려진 전도체보다 전자를 더 빠르게 전달할 수 있습니다.그래핀의 원자 규모 구조는 매우 특별하여 양자장 이론으로만 설명할 수 있습니다.

그래핀은 2차원 결정체이다.일반적인 흑연은 평면상 탄소 원자가 벌집 모양으로 배열되어 층을 이루어 형성됩니다.흑연은 층간력이 약하여 서로 벗겨지기 쉽고 얇은 층을 형성하기 쉽습니다.흑연 조각.흑연 시트를 떼어내 단일 층으로 만들면 탄소 원자 1개 두께의 단일 층이 그래핀입니다.특징:
첫째, 그래핀은 세상에서 가장 강한 물질입니다.계산에 따르면, 그래핀을 이용해 일반 식품용 플라스틱 포장백 두께(두께 약 100나노미터) 정도의 두께로 필름을 만든다면 약 2톤 정도의 무거운 물체를 견딜 수 있을 것으로 추정된다.깨지지 않는 압력;
둘째, 그래핀은 세계에서 가장 전도성이 높은 물질입니다.

그래핀은 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다.그래핀의 초박형, 초강력 특성에 따라 그래핀은 초경량 방탄복, 초박형, 초경량 항공기 소재 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있다. 우수한 전도성에 따라 그래핀은 또한 마이크로 전자공학 분야에서도 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.그래핀은 미래의 슈퍼컴퓨터를 생산하는 데 사용되는 초소형 트랜지스터를 만들어 실리콘을 대체할 수 있으며, 탄소의 더 높은 전자 이동도는 미래의 컴퓨터가 더 빠른 속도를 달성할 수 있게 해줄 수 있습니다.또한, 그래핀 소재는 우수한 개질제이기도 합니다.슈퍼커패시터, 리튬이온전지 등 신에너지 분야에서는 전도성이 높고 비표면적이 높아 전극재료 첨가제로 활용될 수 있다.

아직 흑연을 연구할 여지가 많이 남아있습니다.

흑연 및 그 제품은 고온 저항성과 고강도 특성을 가지고 있습니다.이들은 주로 야금 산업에서 흑연 도가니를 제조하는 데 사용됩니다.제강에서 흑연은 종종 강철 잉곳의 보호제와 야금 용광로의 라이닝으로 사용됩니다.

LT 그룹의 자랑스러운 자회사인 LT Graphite는 중국 중부 허난성에 4개의 생산 기지와 쓰촨성에 지사 생산 기지를 두고 있습니다.

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