Language
Country/Area
No result found
Таинственное рождение стеклообразного углерода: как Бернард Редферн открыл этот странный материал?
Стеклоуглерод, также известный как стеклоуглерод или стеклоуглерод, представляет собой неграфитизированный углеродный материал, сочетающий в себе свойства стекла и керамики со свойствами графита. К его основным свойствам относятся высокая термическая стабильность, высокая теплопроводность, твердость (7 по шкале Мооса), низкая плотность, низкое электрическое сопротивление, низкое трение, чрезвычайно высокая стойкость к химическому воздействию, непроницаемость для газов и жидкостей. Этот материал широко используется в качестве электродного материала в электрохимии, высокотемпературных тиглей, а также в качестве компонента некоторых протезов. Стеклоуглерод может иметь различную форму, размер и поперечное сечение, а с точки зрения терминов «стеклоуглерод» и «стеклоуглерод» зарегистрированы в качестве товарных знаков, хотя ИЮПАК не рекомендует использовать их в качестве технических терминов. После публикации исторического обзора стеклоуглерода в 2021 году происхождение этого материала привлекло широкое внимание.
Историческая справка
Стеклоуглерод впервые появился в лаборатории компании Carborundum Company в Манчестере, Англия, и был открыт в середине 1950-х годов ученым-материаловедом и экспертом по технологиям алмазов Бернардом Редферном. Он заметил, что лента, которой керамические образцы (сопло ракеты) крепились к поду печи, после спекания в инертной атмосфере приобрела необычную структуру и сохранила первоначальную форму.
Впоследствии Редферн исследовал полимерную подложку для имитации структуры алмаза и обнаружил фенольную смолу, которую можно было специально обработать для затвердевания без необходимости использования катализатора. Тигли, изготовленные из этой смолы, поставляются многим организациям, например, UKAEA Harwell. Однако Редферн покинул Carbolan, и компания официально прекратила интерес к изобретению стеклоуглерода.
Развитие компании Plessey
Работая в лаборатории компании Plessey в Таусете, Англия, Редферн получил от UKAEA стеклоуглеродный тигель и узнал в нем тот, который он сделал ранее, потому что он выгравировал знак некарбонизированного прекурсора. Компания открыла лабораторию в Личборо, а затем постоянный объект в Касвелле, Нортгемптоншир, который стал Исследовательским центром Плесси Касвелла и Аллена Кларка. Разработка стеклоуглерода в Плесси считалась само собой разумеющейся, и хотя вклад Редферна в изобретение и производство стеклоуглерода был признан, ссылки на него в последующих публикациях Коуларда и Льюиса не были очевидны.
Редферн подал заявку на патент в Великобритании 11 января 1960 года, а затем получил патент США 3109712A 5 ноября 1963 года.
Свойства и применение материалов
Стеклоуглерод имеет очень равномерную и предсказуемую скорость усадки, что позволяет изготавливать точные детали в полимерном состоянии. Некоторые ранние образцы сверхчистого арсенида галлия подвергались зонной очистке в этих тиглях, поскольку стеклоуглерод не вступает в реакцию с арсенидом галлия. Кроме того, легирование стеклоуглерода также демонстрирует полупроводниковые явления.
Его пористая форма, называемая сетчатым стеклоуглеродом (RVC), была впервые разработана в середине 1960-х годов как теплоизоляционный и микропористый стеклоуглеродный электродный материал. Эти свойства делают РВК широко используемым в электрохимии, особенно в качестве трехмерного электрода.
Структура и электрохимические свойства
Структура стеклоуглерода уже давно вызывает споры. Ранние структурные модели предполагали наличие в стеклоуглероде атомов, связанных как sp2, так и sp3, теперь известно, что стеклоуглерод полностью связан sp2;
В электрохимии стеклоуглерод считается инертным электродом для восстановления гидроксильных ионов в водных растворах. Эти характеристики делают его незаменимым при производстве датчиков. Благодаря своей специфической ориентации поверхности стеклоуглерод используется для изготовления различных типов модифицированных электродов и демонстрирует хорошую стабильность в биосовместимых приложениях, таких как зубные имплантаты.
С развитием науки и техники и углублением исследований материалов сфера применения и технология стеклоуглерода продолжают расширяться и развиваться. Уникальное сочетание керамики и стеклоподобных материалов, несомненно, создает бесчисленные возможности в области современной науки и техники.
Когда мы снова думаем о вкладе этого ученого и потенциальном применении этого материала, мы не можем не задаться вопросом: как будущие технологические инновации изменят то, как мы понимаем и используем этот материал?
