無定形碳基本介紹

amorphous carbon

無定形碳的共同特點(diǎn)是:

(1)C/H原子比大于10;

(2)X光衍射圖中的反射線模糊不清，從總體上看是非晶態(tài)的。但這類炭質(zhì)材料，不像非晶金屬那樣形成完全雜亂無序的原子凝集體，即呈現(xiàn)所謂完全無定形。碳的價電子最易取能量低的sp2雜化軌道(見碳原子雜化軌道)，形成六角碳網(wǎng)平面，即使在惰性氣體中把金剛石加熱到1800℃，金剛石也會轉(zhuǎn)化為石墨。

無定形碳中還含有直徑極小的(<30nm)二維石墨層面或三維石墨微晶，在微晶邊緣上存在大量不規(guī)則的鍵。呋哺樹脂經(jīng)緩慢炭化制得的玻璃炭，除含有大量的sp2碳外，還含有不少的sp3碳。用低溫化學(xué)氣相沉積法制得的金剛石薄膜，雖然其中碳原子以sp3鍵合為主，但也有少量碳原子以sp2方式互相鍵合?？傊荒苡脝我坏慕Y(jié)構(gòu)模式來表征這一大類物質(zhì)，用炭質(zhì)材料或過渡態(tài)碳來表述比較合適。

一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是單質(zhì)碳。

煤炭是天然存在的無定形碳，其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無定形碳，并不是指這些物質(zhì)存在的形狀，而是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實(shí)際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂且不規(guī)則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。大部分無定形碳是石墨層型結(jié)構(gòu)的分子碎片大致相互平行地，無規(guī)則地堆積在一起，可簡稱為亂層結(jié)構(gòu)。層間或碎片之間用金剛石結(jié)構(gòu)的四面體成鍵方式的碳原子鍵連起來，這種四面體的碳原子所占的比例多，則比較堅硬，如焦碳和玻璃態(tài)碳等。納米碳管和蔥頭形顆粒等結(jié)構(gòu)可從球碳的結(jié)構(gòu)出發(fā)來理解。

多孔黑色的塊粒或粉末狀碳。常見的有木炭、焦炭、炭黑、骨炭等。為微晶狀碳，晶粒很小，由碳原子六角形環(huán)所構(gòu)成的層為不規(guī)則堆積。高溫下與氧、金屬氧化物作用生成碳的氧化物。與硫和金屬作用生成碳化物。

無定形碳顧名思義沒有特定形狀和周期性結(jié)構(gòu)的規(guī)律，但它內(nèi)部原子的排列可從三種晶態(tài)碳的單質(zhì)結(jié)構(gòu) 來理解。

無定形碳中石墨層的大小，因制造不同工業(yè)用途的品種和工藝而異，例如，用作橡膠填充劑的炭黑及作吸附劑用的活性炭等，它們的主體是石墨亂層結(jié)構(gòu)的顆粒。粒徑約為幾個納米，層間距離接近石墨晶體中的數(shù)值，約為0.34nm，碳纖維中的石墨層呈卷曲狀，沿纖維軸方向延伸，煤的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，由于生成的條件不同，石墨化程度不同，氫、氧、氮等的含量差異很大，結(jié)構(gòu)的差異也很大。

無定形碳與少量砂子和氧化鐵催化劑混合, 在約3500℃的電爐中加熱，使產(chǎn)生的碳蒸氣凝聚，可得人造石墨。

炭黑:黑色粉末，一般用于黑色顏料、制作墨汁、油墨及作橡膠的耐磨增強(qiáng)劑等。

焦炭:淺灰色、多孔堅硬固體，一般用于冶煉金屬以及生產(chǎn)水煤氣。

木炭:灰黑色 、多孔性固體，一般用于燃料、火藥的制作，以及食品工業(yè)的吸附劑。

活性炭:黑色、多孔性顆?；蚍勰?，一般用于防毒面具中過濾空氣，水的凈化處理劑以及制糖的工業(yè)脫色劑。

早在15世紀(jì)就已知道屬于無定形碳的木炭具有吸附性。19世紀(jì)在提純白糖時就開始使用木炭。以后又對無定形碳進(jìn)行很多處理，產(chǎn)生了一些種類。

由煤干餾、木材干餾、烴熱分解或不完全燃燒而得。用作吸附劑、催化劑、填料、火藥原料，以及用于冶金等。

無定形碳跟少量砂子、氧化鐵催化劑混合，在約3500℃中加熱，使產(chǎn)生的碳蒸氣凝聚，可得人造石墨。

碳黑可用于制造油墨、油漆、墨汁等;木炭可作燃料或還原劑，用于冶煉金屬;活性炭可作電冰箱的除臭劑、凈水過濾器、防毒面具的濾毒罐、脫色劑等。它還有吸附能力，把氣體或溶液中的有色物質(zhì)附在表面上，因而使其脫色。焦碳可用作燃料和煉鐵的還原劑。

無定形碳涉及的面很廣，日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用到無定形碳。

木炭:由木材在隔絕空氣的條件下加強(qiáng)熱制得。

焦炭:由煙煤隔絕空氣加強(qiáng)熱制得。

炭黑:由天然氣高溫分解制得。

無定形碳指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是單質(zhì)碳。煤炭是天然存在的無定形碳，其中含有一些由碳、氫、氮等組成的化合物。所謂無定形碳，并不是指這些物質(zhì)存在的形狀，而是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實(shí)際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂而不規(guī)則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量雜質(zhì)。

如焦炭，木炭，活性炭和炭黑?；钚蕴渴杷啥嗫?，有很強(qiáng)的吸附能力，可作防毒口罩的濾毒層，或作防毒面具的濾毒罐、凈水過濾器;炭黑常溫下非常穩(wěn)定，故用炭黑墨汁繪的畫和書寫的字經(jīng)久不變色。

佳(jia)環(huán)(huan)活(huo)性(xing)炭(tan)

【解釋】佳環(huán):佳環(huán)是由中科佳環(huán)申請的商標(biāo);活性炭:活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳。