Πώς κατασκευάζεται ένα καθαρό δείγμα άνθρακα;
1. Απομόνωση/καθαρισμός:
* γραφίτη: Ο γραφίτης υψηλής καθαρότητας μπορεί να ληφθεί με διαδικασίες καθαρισμού, ξεκινώντας από τον φυσικό γραφίτη. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν:
* ηλεκτρολυτικός καθαρισμός: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα για να διαχωρίσει τις ακαθαρσίες από τον γραφίτη.
* Θερμικός καθαρισμός: Η θέρμανση γραφίτη σε υψηλές θερμοκρασίες σε κενό ή αδρανή ατμόσφαιρα μπορεί να εξατμιστεί και να απομακρύνει τις ακαθαρσίες.
* Χημικός καθαρισμός: Η αντίδραση γραφίτη με συγκεκριμένες χημικές ουσίες μπορεί να αφαιρέσει τις ακαθαρσίες.
* Diamond: Τα φυσικά διαμάντια είναι ήδη πολύ καθαρά, αλλά ο περαιτέρω καθαρισμός μπορεί να γίνει από:
* θεραπεία υψηλής πίεσης/υψηλής θερμοκρασίας: Αυτό μπορεί να αφαιρέσει κάποιες ακαθαρσίες και να βελτιώσει τη σαφήνεια του διαμαντιού.
* χάραξη οξέος: Αυτή η διαδικασία μπορεί να αφαιρέσει επιφανειακές ακαθαρσίες από διαμάντια.
2. Σύνθεση:
* Diamond: Τα διαμάντια μπορούν να συντεθούν σε εργαστήρια χρησιμοποιώντας:
* Σύνθεση υψηλής πίεσης/υψηλής θερμοκρασίας (HPHT): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί υψηλή πίεση και θερμοκρασία για τη μετατροπή υλικών άνθρακα όπως γραφίτη σε διαμάντι.
* Χημική εναπόθεση ατμών (CVD): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μια αέρια πηγή άνθρακα για την κατάθεση κρυστάλλων διαμαντιών σε ένα υπόστρωμα.
* Graphene: Το Graphene μπορεί να γίνει από:
* Μηχανική απολέπιση: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μια κολλώδη ταινία για να ξεφλουδίσει τα μεμονωμένα στρώματα του γραφένιου από το χύδην γραφίτη.
* Χημική εναπόθεση ατμών (CVD): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί μια αέρια πηγή άνθρακα για την κατάθεση στρώσεων γραφένιου σε ένα υπόστρωμα.
3. Άλλες μέθοδοι:
* Ενεργοποιημένος άνθρακας: Αυτή η μορφή άνθρακα παράγεται από ανθρακικά υλικά όπως ξύλο ή άνθρακας και στη συνέχεια ενεργοποιεί το με ατμό ή διοξείδιο του άνθρακα. Χρησιμοποιείται για τις ιδιότητες υψηλής επιφάνειας και προσρόφησης.
* νανοσωλήνες άνθρακα: Αυτοί είναι κοίλες κύλινδροι από φύλλα γραφένιου. Μπορούν να συντεθούν χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους όπως η εκκένωση του τόξου, η αφαίρεση λέιζερ ή η CVD.
Σκέψεις καθαρότητας:
* Η έννοια του "καθαρού" άνθρακα εξαρτάται από τη συγκεκριμένη εφαρμογή.
* Ορισμένες εφαρμογές απαιτούν εξαιρετικά υψηλή καθαρότητα (π.χ. βιομηχανία ημιαγωγών), ενώ άλλες μπορεί να ανεχθούν μικρές ποσότητες ακαθαρσιών.
* Κάθε μέθοδος σύνθεσης ή καθαρισμού έχει τους δικούς της περιορισμούς όσον αφορά την καθαρότητα και την απόδοση.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ακόμη και τα πιο "καθαρά" δείγματα άνθρακα μπορούν να περιέχουν ιχνοστοιχεία ακαθαρσιών. Ο συγκεκριμένος τύπος και το επίπεδο των ακαθαρσιών μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις ιδιότητες και τις εφαρμογές του υλικού άνθρακα.
