氟化石墨 納米碳纖維性質、用途與生產(chǎn)工藝
氟化石墨是現(xiàn)今國際上高科技、高性能、高效益的新型炭／石墨材料研究熱點之一，其性能卓越、品質獨特，是功能材料家族中的一朵奇葩。
氟化石墨是一種從灰色到白色的無機高分子化合物粉末，許多學者認為氟化石墨中氟與碳的比例隨反應條件的不同而在0.5～1.2之間變化，產(chǎn)品顏色相應也由灰白到雪白。
1、直接合成工藝。石墨與氣體氟在350～600℃內在反應器中加熱合成，最早采用的合成方法。設備為立式振動反應器或氟化器，能自動控制加熱溫度、氟氣和惰性氣體的給入。
2、催化劑合成工藝。在石墨與氟的反應系統(tǒng)中加入微量金屬氟化物(LiF、
MgF2、AlF3和CuF2)作催化劑，合成可在300℃以下進行。由于微量金屬氟化物的加入，使氟化石墨性質有所改變，電導率提高一個數(shù)量級。要求石墨和氟氣純度均在99.4%以上，催化劑純度大于98%。所用設備與直接合成法相同。
3、固體氟化物合成工藝。上述兩種方法所用氣體氟毒性和腐蝕性極強，反應又需高溫。固體合成工藝是用含氟固體聚合物(如四氟乙烯、六氟丙烯、聚乙酸乙烯樹脂螢石和乙烯基螢石等制成的聚合物)與石墨混合，在氦、氖、氬、氮等惰性氣氛下，加熱至320～600℃，在管式電爐中的石英管內制得氟化石墨。其原則工藝流程如圖10-20所示。石墨與水懸浮液和聚四氟乙烯按1∶10的比例混合后，經(jīng)過濾干燥進入管式電爐加熱，經(jīng)30min到1h取出冷卻。
4、電解法合成工藝。用電解的方法，將石墨在無水氫氟酸中電解，生成新的氟化石墨。即在電場中，在陽極和陰極之間，使石墨與氫氟酸進行循環(huán)電解生成氟化石墨。
電解裝置由鎳板制的陽極和陰極、循環(huán)管和循環(huán)泵、聚四氟乙烯制成的多孔隙隔板、排氣管、直流電源等組成。在兩電極的電解區(qū)內盛有石墨和氫氟酸懸浮液，在循環(huán)泵作用下成閉路循環(huán)流動。懸浮液中，石墨固體含量10%，氫氟酸含水1%，在氬氣氛電解槽內溫度-20℃，施加電壓8V，平均電流密度5A/cm2。兩極板間距約5mm，其間放置隔板后，陽極和陰極距隔板分別為2mm和3mm，在隔板與隔板之間形成閉路循環(huán)。反應完畢，排出含石墨的氫氟酸懸浮液并過濾分離出氟化石墨，液體返回再用，邊排放邊加入新的待反應懸浮液。
日本渡邊信淳提出，氟化石墨只有(CF)n 和(C2F)n兩種，化學分析得出氟碳比為0.58～1.2的 結果是因反應條件不同而使產(chǎn)品中(CF)n與(C2F)n的 比例不同，以及碳層邊緣吸附有一定量的=C和—CF3所致，氟化石墨是六方晶系層狀結構。氟化石墨是氟元素與石墨合成的一種層間化合物，與石墨相比，其電子結構、晶格常數(shù)均發(fā)生了變化。氟化石墨的晶體結構見下圖， 氟化石墨中C—C鍵長由石墨C—C鍵長的0.142nm 擴張到0.152nm，同時由于氟原子的電負性，使氟化石 墨的層間距離由石墨的0.336nm伸展到0.708nm，這使其成為由范德華力聯(lián)系的典型分子晶體。由于范德華半徑的不固定性及氟化程度的不同，文獻中報道氟化石墨細層間距為0.6～0.9nm。
1、耐化學腐蝕性好。在室溫時耐化學腐蝕性比聚四氟乙烯要好。對濃硫酸和濃硝酸也很穩(wěn)定，不溶于各類有機溶劑。但熱濃硫酸、熱堿對它有一定侵入，并在高溫下與堿金屬，堿鹵化合物反應生成氟化堿和無定形碳。
2、熱穩(wěn)定性好(高于500℃才有少量失重)。
3、潤滑性能好，是潤滑脂類和固體潤滑劑(二硫化鉬、石墨等)中摩擦系數(shù)
最低的，在27～344℃內，摩擦系數(shù)僅為0.10～0.13。
4、電絕緣性好，(CF)n電阻率達3×103Ω/cm以上.
5、莫氏硬度為1.0～2.0
6、粒度分布很廣，從1μm以下到數(shù)個毫米以上。
1、作固體潤滑劑。氟化石墨層間的結合能極小，為8.4kJ/mol，潤滑性極佳，且不受氧化、還原及真空等氣氛影響，且可從低溫到高溫很廣的范圍內使用。其摩擦系數(shù)小于黃油的摩擦系數(shù)，是一種極佳的潤滑材料。
2、作為電池活性物質。氟化石墨作為電池活性物質制成的電池具有高的電壓(公稱電壓為3V)，高的能量密度，優(yōu)良的貯藏性及廣闊的使用溫度范圍。
3、作低表面能物質應用。在膠合板制造過程中，用氟化石墨涂布可防止黏結劑的粘附，延長潔凈處理周期。
4、少量的氟化石墨即可防止液體在多孔材料中的浸透。電鍍金屬時，氟化石墨共析出的電極表面不產(chǎn)生物質粘附，并且這種電極在電解水和非水溶劑混合液時，只對非水系進行電解。
外觀：灰白色粉末
厚度：＜10nm
片徑：0.5-10μm
氟含量：50-60wt%
高溫固體潤滑劑、高能鋰電池的陰極材料及新型電導材料等。
用途
用作高能一次電池正極材料和固體潤滑材料
生產(chǎn)方法
1.用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接進行氟化反應而得。或者采用以石墨為陽極，氟氫酸為陰極的電解方法。
2.
用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接進行氟化反應而得。
氟化石墨 納米碳纖維
上下游產(chǎn)品信息
上游原料
下游產(chǎn)品