石墨制品

         碳是自然界普遍的元素之一，碳化合物的成鍵方式和結構形式豐富，膨脹石墨便是其中一種新型碳素材料。早在19世紀60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學試劑作用后加熱，發現了石墨制品，然而其應用則在百年之后才開始。從此，眾多國家就相繼展開了膨脹石墨的研究和開發，取得了重大的科研突破。

　　石墨晶體是兩向大分子層狀結構，每一平面內的C原子都以C一C共價鍵相結合，層與層之間以較弱的范德華力相結合。石墨制品的層狀結構十分典型，每一層片是一個碳原子層，層內碳原子之間以sp2雜化軌道成很強的共價鍵，即1個2s電子和2個2p電子雜化等價的雜化軌道，位于同一平面上，互相形成σ鍵，而二個未參加雜化的2P電子則垂直于平面，形成二鍵π。石墨的這種層狀結構使得層間存在一定的空隙。因此在一定條件下，某些反應物(如酸、堿、鹵素)的原子(或單個分子)即可進入層間空隙，并與碳網平面形成層間化合物。這種插有層間化合物的石墨即為可膨脹石墨。碳原子層間以很弱的范德華力相聯系，這種結構允許插層物質能夠順利地進入碳原層間而不破壞碳原子層內的六角網狀結構，因此天然石墨是制備石墨插層化合物的母體材料。可膨脹石墨是一種利用物理或化學的方法使非碳質反應物插入石墨層間，與炭素的六角網絡平面結合的同時又保持了石墨層狀結構的晶體化合物。它不僅保持石墨優異的理化性質，而且由于插入物質與石墨層的相互作用而呈現出原有石墨及插層物質不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時，層間化合物將分解，產生一種沿石墨層間C軸方向的推力，這個推力遠大于石墨粒子的層間結合力，在這個推力的作用下石墨層間被推開，從而使石墨粒子沿C軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲狀的膨脹石墨l2]。石墨層與層之間可“嵌”入化學物質而具有可膨脹性。如可采用硫酸處理石墨，干燥后石墨在高溫下膨脹，這是由于硫酸分子“嵌”入石墨層所致。 　

 　   膨脹石墨有如下特性: 　　

        ①強電導率; 　　

        ②強抗震特性; 　　

        ③強抗老化、抗扭曲的特性; 　　

       ④可以抵制各種金屬的熔化及滲透; 　　

        ⑤無毒、不含任何致癌物，對環境沒有危害; 　　

       可膨脹性石墨薄片的膨脹特性不同于其他膨脹劑，受熱達到一定溫度時，由于吸留在層間點陣中化合物分解，可膨脹石墨便開始膨脹，稱為起始膨脹溫度，在1000℃時膨脹達到很大體積。膨脹石墨制品體積可以達到初始時的200倍以上。膨脹后的石墨稱為膨脹石墨或石墨蠕蟲，由原鱗片狀變成密度很低的蠕蟲狀，形成了一個非常好的絕熱層。石墨制品既是膨脹體系中的碳源，又是絕熱層，能有效隔熱，在火災中具有熱釋放率低，質量損失小，產生的煙氣少的特點。