열성 탄소

Pyrolytic carbon
열화탄소 시트

열성탄소는 흑연과 비슷한 물질이지만, 그 생산의 결함으로 인해 그래핀 시트 사이에 약간의 공밸런스 결합이 있다.

열성 탄소는 인간이 만든 것으로 자연에서는 발견되지 않는 것으로 생각된다.[1] 일반적으로 탄화수소를 거의 분해 온도에 가깝게 가열하고 흑연을 결정화(편분해)시켜 생산한다. 한 가지 방법은 합성섬유를 진공에서 가열하는 것이다. 또 다른 방법은 매우 뜨거운 가스의 접시에 씨앗을 올려 흑연 코팅을 모으는 것이다.[clarification needed] 미사일 코뿔소, 로켓 모터, 히트 실드, 실험실 용해로, 흑연 강화 플라스틱, 코팅 핵 연료 입자, 생물의학 보형물 등의 고온 용도에 사용된다.

물리적 성질

화농성 흑연 샘플은 미세한 무작위 영역을 형성하는 화농성 탄소와 반대로[clarification needed] 그래핀 시트가 평면 순서로 결정되기 때문에 보통 마이크로와 유사한 단일 갈라짐 평면을 가진다. 이 때문에, 화농성 흑연은 몇 가지 특이한 비등방성 특성을 보인다. 그것은 화농성 탄소보다 갈라진 평면을 따라 열전도성이 더 뛰어나, 이용 가능한 최고의 평면 열전도체 중 하나이다.

열성 흑연은 모자이크 결정체를 형성하는데, 모자이크는 몇 도까지 조절된다.

열성 흑연은 또한 갈라진 평면에 대해 더 많은 직경(직경 = -4×10−4)으로, 어떤 실온 직경보다 가장 큰 직경(중량 기준)을 나타낸다. 이에 비해[dubious – discuss] 열성 흑연은 상대투과성이 0.9996인 반면 비스무트는 상대투과성이 0.9998(표)이다.

자기부상

영구 자석 위에 공중부양을 하는 열성 흑연

영구 자석에서 자기장 위로 안정적으로 상승시키는 물질은 거의 없다. 자석 반발은 분명하고 쉽게 두 개의 자석 사이에서 이루어지지만, 장의 모양은 상층 자석을 지지된 상태로 남기는 것이 아니라 옆으로 밀어내게 하여 자석에 대한 안정적인 부양이 불가능하게 만든다(이븐쇼의 정리 참조). 그러나 강한 직경 자성 물질은 강력한 자석 위로 공중부양을 할 수 있다.

1970년대와 1980년대에 개발된 희토류 영구 자석의 손쉬운 사용으로, 화농성 흑연의 강한 직경이 이 효과를 위한 편리한 실증 재료가 되고 있다.

2012년, 일본의 한 연구 단체는 열화 흑연이 자기장 경사 방향으로 회전하거나 이동함으로써 레이저 광선이나 충분히 강력한 자연 햇빛에 반응할 수 있다는 것을 증명했다.[2][3] 탄소의 자기 감수성은 충분한 조명에 의해 약해져 물질의 불균형한 자화 및 특정 기하학을 사용할 때의 움직임으로 이어진다.

적용들

  • 미사일 노즈콘과 보조(보일오프 냉각) 로켓 모터에 비보강식으로 사용된다.
  • 섬유 형태에서는 플라스틱과 금속을 보강하는 데 사용된다(탄소 섬유와 흑연 강화 플라스틱 참조).
  • 조약돌형 원자로는 개별 조약돌에 중성자 감속재로 열화탄소 코팅제를 사용한다.
  • 흑연로 원자 흡수로의 흑연 큐벳(관)을 코팅하여 열응력을 감소시켜 큐벳 수명을 증가시키는데 사용된다.
  • 열성 탄소는 열 인터페이스 재료, 열 확산기(시트) 및 열 싱크(핀) 등 전자 열 관리에서 여러 용도로 사용된다.
  • 그것은 때때로 담배 파이프를 만드는데 사용된다.
  • 그것은 어떤 고출력 진공관의 격자 구조를 짜는 데 사용된다.
  • 중성자 및 X선 산란 연구를 위한 단색화기로 사용된다.
  • 보철심장밸브
  • 방사 헤드 보형물
  • 두 부품 사이에 원하는 마찰량이 필요한 자동차 업계에서도 사용된다.
  • X선 분광에 사용되는 HOPG 분광계에서는 고방향 열화 흑연(HOPG)이 분산 원소로 사용된다.
  • 그것은 개인 보호 장비에 사용된다.[4]

바이오메디컬 어플리케이션

혈전이 쉽게 형성되지 않기 때문에 혈전증의 위험을 줄이기 위해 혈액에 반응하는 보형물을 이 물질과 함께 정렬하는 것이 권장된다. 예를 들어 인공심장과 인공심장 판막에서 사용법을 찾는다. 이와는 대조적으로 혈관 스텐트에는 종종 헤파린을 펜던트 그룹으로 하는 폴리머가 줄지어 있어, 응고를 방지하기 위한 약물 작용에 의존한다. 이것은 적어도 부분적으로는 열성 탄소의 침전성과 스텐트가 팽창하는 동안 겪는 많은 양의 영구 변형 때문이다.

열성 탄소 또한 해부학적으로 올바른 정형외과적 이식물, 즉 교체 관절에 코팅하기 위해 의학적으로 사용되고 있다. 이 애플리케이션에서는 현재 "PyroCarbon"이라는 이름으로 판매되고 있다. 이 임플란트는 미국 식품의약국(FDA)에 의해 메타카포팔렌지(knuckle) 대체용으로 사용 승인을 받았다. 이 제품은 두 개의 회사에서 생산된다. 토르니에(BioProfile)와 어센션 정형외과.[5] 2011년 9월 23일 Integra LifeScience는 Ascension 정형외과를 인수했다. 이 회사의 화농성 탄소 삽입물은 다른 형태의 골관절염을 가진 환자들을 치료하는 데 사용되어 왔다.[6][7] 2021년 1월 Integra LifeScience는 정형외과 회사를 스미스+네휴에 2억4000만 달러에 매각했다.[8]

FDA는 또한 인도주의적 장치 면제에 따른 파이로카본간 뇌간 공동 교체도 승인했다.[9]

각주

  1. ^ 래트너, 버디 D.(2004). 열성 탄소 바이오소재 과학에서: 의학에서의 물질에 대한 소개. 학술지 171-180쪽 ISBN0-12-582463-7. 구글 북 검색. 2011년 7월 7일 검색됨
  2. ^ Kobayashi, Masayuki; Abe, Jiro (2012-12-26). "Optical Motion Control of Maglev Graphite". Journal of the American Chemical Society. 134 (51): 20593–20596. doi:10.1021/ja310365k. ISSN 0002-7863. PMID 23234502.
  3. ^ Phillip Broadwith (4 January 2013). "Laser guided maglev graphite air hockey". Chemistry World. RSC.
  4. ^ Technology, California Institute of (2021-08-28). "New Nanomaterial Resists Projectile Impact Better Than Kevlar". SciTechDaily. Retrieved 2021-10-18.
  5. ^ Cook, Stephen D.; Beckenbaugh, Robert D.; Redondo, Jacqueline; Popich, Laura S.; Klawitter, Jerome J.; Linscheid, Ronald L. (1999). "Long-Term Follow-up of Pyrolytic Carbon Metacarpophalangeal Implants". The Journal of Bone and Joint Surgery. 81 (5): 635–48. doi:10.2106/00004623-199905000-00005. PMID 10360692. Archived from the original on 2009-12-28. Retrieved 2010-11-09.
  6. ^ Barrera-Ochoa, Sergi (September 2014). "Pyrocarbon Interposition (PyroDisk) Implant for Trapeziometacarpal Osteoarthritis: Minimum 5-Year Follow-Up". The Journal of Hand Surgery – via ResearchGate.
  7. ^ Orbay, Jorge L. (December 2020). "Saddle Hemiarthroplasty for CMC Osteoarthritis". Operative Techniques in Orthopaedics. 30 – via ScienceDirect.
  8. ^ "Smith + Nephew closes Extremity Orthopedics purchase". MassDevice. 2021-01-04. Retrieved 2021-10-18.
  9. ^ "Ascension PIP: Summary of Safety and Probable Benefit HDE # H010005" (PDF). Food and Drug Administration. 22 March 2002. Retrieved 7 July 2011.