Пиролитический углерод - Википедия - Pyrolytic carbon
 | Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. (Февраль 2008 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
Пиролитический уголь материал похож на графит, но с некоторыми ковалентная связь между его графен листы в результате несовершенства его изготовления.
Пиролитический углерод создан человеком и, как считается, не встречается в природе.[1] Обычно его получают путем нагрева углеводород почти к своему Температура разложения, и позволяя графиту кристаллизовать (пиролиз ). Один из способов - нагреть синтетические волокна в вакуум. Другой метод - поместить семена на тарелку в очень горячий газ для сбора графитового покрытия.[требуется разъяснение ] Он используется в высокотемпературных приложениях, таких как ракеты. носовые конусы, ракетные двигатели, тепловые экраны, лабораторные печи, в пластик, армированный графитом, покрытие частиц ядерного топлива и в биомедицинских протезы.
Физические свойства
Образцы пиролитического углерода обычно имеют один расщепление самолет, похожий на слюда, потому что листы графена кристаллизуются в плоском порядке, в отличие от графита, который образует микроскопические беспорядочно ориентированные зоны. Из-за этого пиролитический углерод проявляет несколько необычных анизотропный характеристики. Это больше теплопроводящий вдоль плоскости спайности, чем графит, что делает его одним из лучших доступных плоских теплопроводников.
Формы пиролитического графита мозаичные кристаллы с контролируемой мозаичностью до нескольких градусов.
Это также больше диамагнитный (χ = −4×10−4) относительно плоскости спайности, проявляя наибольший диамагнетизм (по массе) из всех диамагнетиков при комнатной температуре. Для сравнения, пиролитический графит имеет относительная проницаемость 0,9996, тогда как висмут имеет относительную проницаемость 0,9998 (стол ).
Магнитная левитация
Некоторые материалы можно сделать магнитно левитировать стабильно выше магнитного поля от постоянного магнита. Хотя между любыми двумя магнитами очевидно и легко достигается магнитное отталкивание, форма поля заставляет верхний магнит отталкиваться вбок, а не оставаться на опоре, что делает невозможной стабильную левитацию для магнитных объектов (см. Теорема Ирншоу ). Однако сильно диамагнитные материалы могут левитировать над мощными магнитами.
Благодаря легкой доступности редкоземельных постоянных магнитов, разработанных в 1970-х и 1980-х годах, сильный диамагнетизм пиролитического углерода делает его удобным демонстрационным материалом для этого эффекта.
В 2012 году исследовательская группа в Японии продемонстрировала, что пиролитический углерод может реагировать на лазерный свет или достаточно мощный естественный солнечный свет, вращаясь или перемещаясь в направлении градиента поля.[2][3] Углерода магнитная восприимчивость ослабевает при достаточном освещении, что приводит к несбалансированному намагничивание материала и движения при использовании определенной геометрии.
Приложения
- Применяется неармированный для ракета носовые конусы и абляционный (охлаждение кипячением) ракетные двигатели.
- В виде волокна он используется для усиления пластмасс и металлов (см. Углеродное волокно и Пластик, армированный графитом ).
- Галька ядерные реакторы использовать покрытие из пиролитического углерода в качестве замедлитель нейтронов для отдельных камешков.
- Используется для покрытия графитовых кювет (пробирок) в графитовая печь атомно-абсорбционная печи для уменьшения теплового стресса, что увеличивает срок службы кювет.
- Пиролитический уголь используется для нескольких применений в электронном терморегулировании: материал термоинтерфейса, теплораспределители (листы) и радиаторы (плавники).
- Иногда его используют для изготовления курительные трубки.
- Он используется для изготовления решетчатых конструкций в некоторых мощных вакуумные трубки.
- Он используется как монохроматор для исследований рассеяния нейтронов и рентгеновских лучей.
- Протезы клапанов сердца.
- Протез головки лучевой кости.
- Он также используется в автомобильной промышленности, где требуется требуемое трение между двумя компонентами.
- Высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) используется в качестве диспергирующего элемента в спектрометрах ВОПГ, которые используются для рентгеновской спектрометрии.
Биомедицинские приложения
Поскольку на нем нелегко образуются сгустки крови, часто рекомендуется выстелить контактный с кровью протез с этим материалом, чтобы снизить риск тромбоз. Например, он находит применение в искусственные сердца и искусственные сердечные клапаны. Кровеносный сосуд стенты, напротив, часто облицованы полимером, имеющим гепарин в качестве подвесной группы, полагаясь на действие лекарства для предотвращения свертывания крови. Это, по крайней мере, частично из-за пиролитического углерода. хрупкость и большое количество остаточная деформация, которому стент подвергается при расширении.
Пиролитический уголь также используется в медицине для покрытия анатомически правильных ортопедических имплантатов, также известных как имплантаты. замена суставов. В этом приложении он в настоящее время продается под названием «PyroCarbon». Эти имплантаты были одобрены США. Управление по контролю за продуктами и лекарствами для использования в руке для замены пястно-фаланговых суставов (суставов). Их производят две компании: Tornier (BioProfile) и Ascension Orthopaedics.[4] (23 сентября 2011 г. компания Integra LifeSciences приобрела Ascension Orthopaedics.) FDA также одобрило замену межфаланговых суставов PyroCarbon в рамках Освобождение от гуманитарных устройств.[5]
Сноски
- ^ Ратнер, Бадди Д. (2004). Пиролитический углерод. В Биоматериаловедение: введение в материалы в медицине. Академическая пресса. п. 171-180. ISBN 0-12-582463-7. Поиск книг Google. Проверено 7 июля 2011 года.
- ^ Кобаяси, Масаюки; Абэ, Дзиро (26 декабря 2012 г.). «Оптическое управление движением маглевского графита». Журнал Американского химического общества. 134 (51): 20593–20596. Дои:10.1021 / ja310365k. ISSN 0002-7863. PMID 23234502.
- ^ Филлип Бродвит (4 января 2013 г.). «Аэрохоккей с лазерным наведением на маглев-графите». Мир химии. RSC.
- ^ Кук, Стивен Д .; Бекенбо, Роберт Д.; Редондо, Жаклин; Попич, Лаура С .; Klawitter, Jerome J .; Линшайд, Рональд Л. (1999). «Долгосрочное наблюдение за имплантатами пястно-фаланговых имплантатов из пиролитического углерода». Журнал костной и суставной хирургии. 81 (5): 635–48. Дои:10.2106/00004623-199905000-00005. PMID 10360692. Архивировано из оригинал на 2009-12-28. Получено 2010-11-09.
- ^ "Ascension PIP: сводка по безопасности и вероятным преимуществам HDE # H010005" (PDF). Управление по контролю за продуктами и лекарствами. 22 марта 2002 г.. Получено 7 июля 2011.