碳是自然界中最(zui)常見的(de)元素之(zhi)一(yi)，它幾乎包括了(le)地球上所(suo)(suo)有物(wu)質所(suo)(suo)具有的(de)性質，如最(zui)硬-最(zui)軟、絕緣體-半導(dao)體-超(chao)導(dao)體、絕熱-超(chao)導(dao)熱、吸光(guang)-全透光(guang)等。其中，sp2雜化(hua)的(de)材(cai)料是碳材(cai)料家族中的(de)主要成員，常見的(de)有石(shi)墨、碳納米管(guan)、石(shi)墨烯、富勒烯以(yi)及無序的(de)玻璃碳等。

　　前面幾種大家都非常了解了，今天主要聊聊玻璃碳。查閱資料得知(zhi)，玻璃碳(tan)（glassy carbon，簡稱玻碳(tan)）是(shi)(shi)結合了玻璃和陶瓷的(de)屬(shu)性(xing)的(de)非石墨化碳(tan)。與晶態的(de)石墨相(xiang)反，它是(shi)(shi)一種無定(ding)形的(de)、近100%sp2雜(za)化的(de)碳(tan)材料，其是(shi)(shi)由聚(ju)合有機物前驅(qu)體，例如酚醛(quan)樹脂、糠醇樹脂等，在惰性(xing)氣體氛圍下高溫燒結而成(cheng)的(de)。因其通體呈黑(hei)色，表面光滑類似玻璃，故將其稱為玻璃碳(tan)。

　　自(zi)1962年科學家首次合成(cheng)(cheng)出玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)以來，關于玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)的(de)結(jie)構(gou)(gou)與性(xing)質的(de)研究一直是(shi)(shi)碳(tan)(tan)(tan)材(cai)料領域熱議的(de)話題。玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)可以分為兩(liang)類，I型(xing)和II型(xing)玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)。I型(xing)玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)是(shi)(shi)聚(ju)合有(you)機物在溫度(du)低于2000°C條件下燒結(jie)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)，其(qi)內部(bu)主要由(you)取向無(wu)序(xu)的(de)卷(juan)曲石墨烯碎片(pian)構(gou)(gou)成(cheng)(cheng)；II型(xing)玻璃(li)碳(tan)(tan)(tan)是(shi)(shi)在更高(gao)的(de)溫度(du)（~2500°C）下燒結(jie)而成(cheng)(cheng)的(de)，其(qi)是(shi)(shi)由(you)納米尺度(du)自(zi)組(zu)裝的(de)富勒烯狀類球體結(jie)構(gou)(gou)堆垛形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)無(wu)序(xu)多(duo)層石墨烯三維矩陣。

　　最(zui)近的(de)研究發現(xian)II型(xing)(xing)玻璃相較于(yu)I型(xing)(xing)有更高(gao)的(de)壓(ya)縮系數，這(zhe)與其(qi)內部(bu)自組裝(zhuang)的(de)富勒(le)烯(xi)狀類球體結(jie)構有重(zhong)要關系。除去細微的(de)幾何構型(xing)(xing)的(de)差(cha)別，I型(xing)(xing)和II型(xing)(xing)玻璃碳其(qi)實本(ben)質上都是由(you)無序(xu)的(de)卷曲石墨烯(xi)構成的(de)矩陣。

　　玻璃碳的應用

　　玻璃碳具有眾多優異的性能，包括低密度、高硬度、高強度、高不滲透性（氣體和液體）、高熱穩性和化學穩定性等，這(zhe)也(ye)使得玻璃(li)碳在工(gong)業(ye)、化工(gong)、電子等領(ling)域有著廣泛的應用。

　　01高溫應用

　　玻(bo)(bo)璃(li)碳在高(gao)達(da)3000°C的惰(duo)性氣體或真空中(zhong)具(ju)(ju)(ju)有較高(gao)的耐高(gao)溫性，而(er)(er)且與所有其他陶(tao)瓷和金屬高(gao)溫材料不(bu)同，玻(bo)(bo)璃(li)碳的強度(du)會隨著溫度(du)的升高(gao)而(er)(er)增加(jia)，最高(gao)可(ke)達(da)2700K，而(er)(er)且不(bu)會脆化，具(ju)(ju)(ju)有極高(gao)的抗熱(re)震性，因此短時(shi)間的加(jia)熱(re)和冷卻時(shi)間都是沒有問題的。此外，玻(bo)(bo)璃(li)碳還具(ju)(ju)(ju)有低(di)質量(liang)，低(di)吸熱(re)和低(di)熱(re)膨脹，因此幾乎適(shi)用(yong)于所有高(gao)溫應用(yong)，典型代表有高(gao)溫計保護管，裝料系統和高(gao)溫爐的零(ling)件(jian)等。

　　02化學應用

　　由(you)于玻(bo)璃碳具(ju)有(you)很高的耐(nai)腐蝕性，因此非常適用于化學分(fen)析(xi)。與用鉑(bo)，金和(he)其他耐(nai)腐蝕金屬，特殊陶(tao)瓷和(he)氟塑料制成的常規實驗室設(she)備相比(bi)，采用玻(bo)璃碳制造的設(she)備具(ju)有(you)以下優點：耐(nai)所有(you)濕(shi)分(fen)解劑、無(wu)記憶(yi)效(xiao)應（不受(shou)控制的元素(su)吸附(fu)和(he)解吸）、分(fen)析(xi)樣(yang)品無(wu)污染、耐(nai)酸和(he)堿(jian)熔(rong)體、無(wu)孔玻(bo)璃狀表面。

　　03牙科技術

　　牙科技術中(zhong)常使用玻璃碳熔(rong)(rong)化坩堝(guo)來(lai)熔(rong)(rong)化貴(gui)金屬(shu)和鈦(tai)合金，具(ju)有以下優勢：高導熱(re)(re)率、使用壽(shou)命比石(shi)墨坩堝(guo)更長、貴(gui)金屬(shu)熔(rong)(rong)體無附著力、耐熱(re)(re)沖擊、適(shi)用于所有貴(gui)金屬(shu)和鈦(tai)合金、用于感應(ying)加熱(re)(re)鑄造(zao)離(li)心機、在金屬(shu)熔(rong)(rong)體上產(chan)生保護(hu)氣氛、無需熔(rong)(rong)鹽等。

　　使用玻璃(li)碳(tan)熔(rong)化(hua)(hua)坩堝，可以縮短加熱和(he)熔(rong)化(hua)(hua)時間，且熔(rong)化(hua)(hua)單元的電加熱線圈可以在比傳統陶瓷容器低的溫度下運行(xing)，因(yin)此不(bu)僅(jin)減少了(le)每次鑄造所(suo)需(xu)的時間，還延長了(le)坩堝的壽命(ming)。另外，它(ta)的不(bu)潤濕性也消除了(le)材料損失的問題(ti)。

　　半導體類

　　玻(bo)璃碳具(ju)有高純度、極高的(de)(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)，不(bu)產(chan)生(sheng)顆粒、導(dao)電性(xing)和良好的(de)(de)(de)機械性(xing)能(neng)，因(yin)此是(shi)半導(dao)體生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)理(li)想材料(liao)，以它為原材料(liao)制成(cheng)的(de)(de)(de)坩堝和舟皿可(ke)用于(yu)通過Bridgman或Czochralsky方(fang)法對半導(dao)體組件進行區域(yu)熔化(hua)(hua)，砷化(hua)(hua)鎵合成(cheng)以及(ji)單晶(jing)生(sheng)長。除此之外，玻(bo)璃碳還可(ke)作(zuo)為于(yu)離(li)子注入系統的(de)(de)(de)零件和等離(li)子蝕(shi)刻系統的(de)(de)(de)電極，高X射(she)線透射(she)率的(de)(de)(de)特性(xing)也使得玻(bo)碳晶(jing)片(pian)可(ke)被用作(zuo)X射(she)線掩模(mo)的(de)(de)(de)基材。

　　資(zi)料來源：高壓下石墨與玻璃碳結構轉變(bian)研究，董(dong)家(jia)君。

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