Language
Country/Area
No result found
Sự ra đời bí ẩn của carbon thủy tinh: Bernard Redfern đã khám phá ra vật liệu kỳ lạ này như thế nào?
Carbon thủy tinh, còn được gọi là carbon thủy tinh hoặc carbon thủy tinh, là vật liệu carbon không thể than chì hóa, kết hợp các tính chất của thủy tinh và gốm sứ với các đặc tính của than chì. Các tính chất chính của nó bao gồm độ ổn định nhiệt cao, độ dẫn nhiệt cao, độ cứng (7 trên thang Mohs), mật độ thấp, điện trở thấp, ma sát thấp, khả năng chống lại sự tấn công của hóa chất cực cao và không thấm khí và chất lỏng. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi làm vật liệu điện cực trong điện hóa học, nồi nấu nhiệt độ cao và là thành phần của một số chi giả. Carbon thủy tinh có thể được sản xuất với nhiều hình dạng, kích thước và mặt cắt khác nhau, và các thuật ngữ "carbon thủy tinh" và "carbon thủy tinh" đã được đăng ký làm nhãn hiệu, trong khi IUPAC không khuyến nghị sử dụng chúng làm thuật ngữ kỹ thuật. Với việc xuất bản bài đánh giá lịch sử về carbon thủy tinh vào năm 2021, nguồn gốc của vật liệu này đã thu hút sự chú ý rộng rãi.
Bối cảnh lịch sửThủy tinh cacbon lần đầu tiên xuất hiện trong phòng thí nghiệm của Công ty Carborundum ở Manchester, Anh, nơi nó được nhà khoa học vật liệu và chuyên gia công nghệ kim cương Bernard Redfern phát hiện vào giữa những năm 1950. Ông nhận thấy rằng băng dính dùng để giữ mẫu gốm (vòi phun tên lửa) trên sàn lò đã biến đổi thành một cấu trúc khác thường sau khi thiêu kết trong môi trường trơ và vẫn giữ nguyên hình dạng ban đầu.
Sau đó, Redfern đã khám phá một ma trận polyme để mô phỏng cấu trúc kim cương và phát hiện ra một loại nhựa phenolic có thể đông cứng mà không cần chất xúc tác sau khi xử lý đặc biệt. Các nồi nấu kim loại làm từ loại nhựa này được phân phối cho nhiều tổ chức, chẳng hạn như UKAEA Harwell. Tuy nhiên, Redfern đã rời Carbone và công ty chính thức chấm dứt mọi mối quan tâm đối với phát minh carbon thủy tinh.
Sự phát triển của Plessey
Khi làm việc tại phòng thí nghiệm Plessey ở Towset, Anh, Redfern đã nhận được một chiếc chén nung bằng than thủy tinh từ UKAEA và nhận ra đó là chiếc chén nung mà ông đã làm trước đó, vì ông đã khắc dấu lên chất tiền thân chưa cacbon hóa. Công ty đã thành lập các phòng thí nghiệm tại Litchborough và sau đó thành lập các cơ sở cố định tại Caswell, Northamptonshire, nơi trở thành Plessey Research Caswell và Trung tâm nghiên cứu Allen Clark. Sự phát triển của cacbon thủy tinh tại Plessey là điều hiển nhiên, và mặc dù sự đóng góp của Redfern cho việc phát minh và sản xuất cacbon thủy tinh được ghi nhận, nhưng việc Cowlard và Lewis nhắc đến ông trong các ấn phẩm sau này vẫn chưa rõ ràng.
Redfern đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế Vương quốc Anh vào ngày 11 tháng 1 năm 1960 và sau đó được cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 3.109.712A vào ngày 5 tháng 11 năm 1963.
Tính chất và ứng dụng của vật liệu
Thủy tinh cacbon có tốc độ co ngót rất đồng đều và có thể dự đoán được, cho phép thực hiện các phụ kiện chính xác ở trạng thái polyme. Một số mẫu GaAs siêu tinh khiết ban đầu được tinh chế theo vùng trong các lò nung này vì cacbon thủy tinh không phản ứng với GaAs. Ngoài ra, việc pha tạp cacbon thủy tinh cũng thể hiện hiện tượng bán dẫn.
Dạng xốp của nó, được gọi là carbon thủy tinh dạng lưới (RVC), lần đầu tiên được phát triển vào giữa những năm 1960 như một vật liệu điện cực carbon thủy tinh cách nhiệt và có lỗ xốp nhỏ. Những tính chất này làm cho RVC rất hữu ích trong điện hóa học, đặc biệt là khi dùng làm điện cực ba chiều.
Cấu trúc và tính chất điện hóa
Cấu trúc của cacbon thủy tinh từ lâu đã gây nhiều tranh cãi. Các mô hình cấu trúc ban đầu cho rằng có sự hiện diện của cả nguyên tử liên kết sp2 và sp3 trong cacbon thủy tinh, nhưng hiện nay người ta biết rằng cacbon thủy tinh hoàn toàn có liên kết sp2.
Trong điện hóa học, cacbon thủy tinh được coi là điện cực trơ để khử các ion hydroxide trong dung dịch nước. Những tính năng này làm cho nó trở nên không thể thiếu trong sản xuất cảm biến. Do có bề mặt định hướng riêng, carbon thủy tinh được sử dụng để chế tạo nhiều loại điện cực biến đổi khác nhau và thể hiện tính ổn định tốt trong các ứng dụng tương thích sinh học như cấy ghép răng.
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và sự đào sâu nghiên cứu vật liệu, phạm vi ứng dụng và công nghệ của carbon thủy tinh vẫn đang mở rộng và phát triển. Sự kết hợp độc đáo giữa gốm sứ và vật liệu giống thủy tinh chắc chắn sẽ tạo ra vô số khả năng trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật hiện đại.
Khi chúng ta suy ngẫm lại về đóng góp của nhà khoa học này và các ứng dụng tiềm năng của vật liệu này, chúng ta không khỏi tự hỏi, những đổi mới công nghệ trong tương lai sẽ thay đổi cách chúng ta hiểu và sử dụng vật liệu này như thế nào?
