石墨晶體具有由碳元素組成的六角網(wǎng)平面層狀結(jié)構(gòu)。層平面上的碳原子以強有力的共價鍵結(jié)合，而層與層間以范德華力結(jié)合，結(jié)合非常弱，而且層間距離較大。因此，在適當(dāng)?shù)臈l件下，酸、堿金屬、鹽類等多種化學(xué)物質(zhì)可插入石墨層間，100目可膨脹石墨，并與碳原子結(jié)合形成新的化學(xué)相——石墨層間化合物。這種層間化合物在加熱到適當(dāng)溫度時，可瞬間迅速分解，產(chǎn)生大量氣體，使石墨沿軸方向膨脹成蠕蟲狀的新物質(zhì)，即膨脹石墨。這種未膨脹的石墨層間化合物就是可膨脹石墨。

可膨脹石墨準(zhǔn)備方法

1.化學(xué)插入法制備的早期原料是高碳鱗片狀石墨，其余化學(xué)試劑(如濃l硫酸(98%以上)、過氧l化氫(28%以上)、高錳l酸鉀等都使用工業(yè)級試劑等。準(zhǔn)備的一般步驟是在適當(dāng)?shù)臏囟认?，以不同的添加程序持續(xù)混合不同比例的過氧l化氫溶液、天然鱗片石墨和濃l硫酸，反應(yīng)一段時間，然后中性、離心分離、脫水后用60真空干燥洗滌。

2.電化學(xué)法處理強酸電解質(zhì)中的石墨粉，制作膨脹性石墨，水解、洗滌和干燥。作為強酸，主要使用硫酸或硝l酸。用這種方法制成的膨脹性石墨具有低硫含量。

3.在用超聲波氧化法制備可膨脹石墨的過程中，對陽極氧化電解質(zhì)進行超聲波振動，超聲波振動與陽極氧化的時間相同。超聲波對電解質(zhì)振動有利于陰陽兩極極化，因此提高陽極氧化速度，縮短氧化時間。

4.氣相擴散法將石墨和插入物分別放在真空密封管的兩端，在插入物端加熱，利用兩端的溫差形成必要的反應(yīng)差，使插入物以小分子的狀態(tài)進入鱗片石墨層，形成可膨脹的石墨。用這種方法生產(chǎn)的膨脹性石墨的層數(shù)可以控制，但生產(chǎn)成本高。

5.熔鹽法將多種插入物與石墨混合加熱，形成可膨脹的石墨。

可膨脹石墨在高溫下受熱可迅速膨脹，膨脹倍數(shù)高達數(shù)十倍到數(shù)百倍甚至上千倍，膨脹后石墨的表觀容積達250～300mL/g或更大，膨脹后的石墨呈現(xiàn)蠕蟲狀，大小在零點幾毫米到幾毫米之間，在內(nèi)部具有大量特有的網(wǎng)絡(luò)狀微孔結(jié)構(gòu)，被稱為膨脹石墨或石墨蠕蟲。膨脹石墨除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良性能外，還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性、生物相容性、耐輻射性等特性。



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