비정질 탄소는 탄소 분자 결함 및 요철을 가득 임의 동소 구조이다. 동소체라는 용어는 서로 다른 분자 구조를 형성하는 탄소 원자와 같은 단일 화학 원소를 의미합니다. 이 경우와 같이 일부 결정질과 다른 것들은 무정형입니다.
비정질 탄소에는 다이아몬드와 흑연을 특징 짓는 장거리 결정 구조가 없습니다. 즉, 서로 매우 가까운 솔리드 영역을 볼 때 구조 패턴이 약간 일정하게 유지됩니다. 멀리 떨어져있을 때 그 차이가 분명해집니다.
타는 숯. 출처 : Pixabay
비정질 탄소의 물리적, 화학적 특성 또는 특성도 흑연 및 다이아몬드의 특성과 다릅니다. 예를 들어, 목재 연소의 산물 인 유명한 숯이 있습니다 (상단 이미지). 이것은 윤활유가 아니며 광택도 없습니다.
자연에는 여러 종류의 비정질 탄소가 있으며 이러한 종류는 합성으로도 얻을 수 있습니다. 다양한 형태의 비정질 탄소 중에는 카본 블랙, 활성탄, 그을음 및 숯이 있습니다.
비정질 탄소는 발전 산업뿐만 아니라 섬유 및 건강 산업에서 중요한 용도로 사용됩니다.
비정질 탄소의 종류
그 기원, 구성 및 구조와 같은 몇 가지 기준이 있습니다. 후자는 sp 2 및 sp 3 혼성화를 갖는 탄소 사이의 관계에 따라 달라집니다 . 즉, 각각 평면 또는 사면체를 정의하는 것입니다. 따라서 이러한 고체의 무기 (광물 학적) 매트릭스는 매우 복잡해질 수 있습니다.
그 기원에 따라
자연 기원의 무정형 탄소는 산화의 생성물이며 유기 화합물의 분해 형태이기 때문입니다. 이러한 유형의 탄소에는 그을음, 석탄 및 탄화물에서 파생 된 탄소가 포함됩니다.
합성 비정질 탄소는 음극 아크 증착 기술과 스퍼터링에 의해 생성됩니다. 합성 적으로 다이아몬드와 같은 비정질 탄소 코팅 또는 비정질 탄소 필름도 제조됩니다.
구조
무정형 탄소는 존재하는 sp 2 또는 sp 3 결합의 비율에 따라 세 가지 큰 유형으로 그룹화 될 수도 있습니다 . 소위 원소 비정질 탄소 (aC), 수소화 비정질 탄소 (aC : H) 및 사면체 비정질 탄소 (ta-C)에 속하는 비정질 탄소가 있습니다.
원소 무정형 탄소
종종 BC 또는 BC로 축약되며 활성탄과 카본 블랙이 포함됩니다. 이 그룹의 품종은 동물 및 식물성 물질의 불완전 연소로 얻어집니다. 즉, 화학 양 론적 산소 결핍으로 연소됩니다.
그들은 구조 또는 분자 조직에서 더 높은 비율의 sp 2 결합 을 나타냅니다. 그것들은 전체적으로 이질성을 확립하는 사면체 탄소의 산물 인 공간에서 다른 방향을 가진 일련의 그룹화 된 평면으로 상상할 수 있습니다.
그로부터 나노 복합체는 전자 응용 및 재료 개발로 합성되었습니다.
수소화 된 비정질 탄소
BC : H 또는 HAC로 축약됩니다. 여기에는 그을음, 연기, 역청과 같은 추출 된 석탄 및 아스팔트가 포함됩니다. 그을음은 도시 나 마을 근처의 산에 불이 났을 때 쉽게 구별 할 수 있으며, 연약한 검은 잎의 형태로 그것을 운반하는 기류에서 관찰됩니다.
이름에서 알 수 있듯이 수소를 포함하지만 분자 유형 (H 2 )이 아닌 탄소 원자와 공유 적으로 연결되어 있습니다. 즉, CH 결합이 있습니다. 이 결합 중 하나가 수소를 방출하면 짝을 이루지 않은 전자와 궤도가됩니다. 이러한 쌍을 이루지 않은 두 전자가 서로 매우 가까우면 상호 작용하여 소위 댕글 링 결합이 발생합니다.
이러한 유형의 수소화 비정질 탄소를 사용하면 ta-C로 만든 것보다 경도가 낮은 필름 또는 코팅을 얻을 수 있습니다.
사면체 무정형 탄소
다이아몬드 형 탄소라고도하는 ta-C로 약칭합니다. 높은 비율의 sp 3 혼성 결합을 포함 합니다.
비정질 사면체 구조를 가진 비정질 탄소 필름 또는 코팅이이 분류에 속합니다. 그들은 수소가 부족하고 경도가 높으며 많은 물리적 특성이 다이아몬드와 유사합니다.
분자 적으로는 장거리 구조 패턴을 나타내지 않는 4 면체 탄소로 구성됩니다. 다이아몬드에서는 순서가 결정의 다른 영역에서 일정하게 유지됩니다. ta-C는 결정의 특정 순서 또는 패턴 특성을 나타낼 수 있지만 짧은 범위에서만 가능합니다.
구성
석탄은 황, 수소, 질소 및 산소와 같은 다른 요소를 포함하는 검은 암석 층으로 구성됩니다. 여기에서 석탄, 이탄, 무연탄 및 갈탄과 같은 무정형 탄소가 발생합니다. 무연탄은 그들 모두 중 가장 높은 탄소 구성을 가진 것입니다.
속성
진정한 비정질 탄소는 원 자간 간격의 편차와 결합 각도의 변화로 국부적 인 π 결합을 가지고 있습니다. 그것은 비정질 탄소의 유형에 따라 관계 가 다른 sp 2 및 sp 3 하이브리드 결합 을 가지고 있습니다.
그것의 물리적 및 화학적 특성은 분자 조직 및 미세 구조와 관련이 있습니다.
일반적으로 높은 안정성과 높은 기계적 경도, 내열성 및 내마모성을 가지고 있습니다. 또한 높은 광학 투명성, 낮은 마찰 계수 및 다양한 부식제에 대한 내성이 특징입니다.
비정질 탄소는 조사의 영향에 민감하고 다른 특성 중에서도 높은 전기 화학적 안정성과 전기 전도성을 가지고 있습니다.
응용
각기 다른 유형의 비정질 탄소는 고유 한 특성이나 특성, 그리고 매우 특별한 용도를 가지고 있습니다.
숯
석탄은 화석 연료이므로 전기를 생산하는데도 사용되는 중요한 에너지 원입니다. 석탄 광산 산업과 발전소에서의 사용이 환경에 미치는 영향은 오늘날 뜨거운 논쟁 거리입니다.
활성탄
음용수, 탈색 용액에서 오염 물질의 선택적 흡수 또는 여과에 유용하며 유황 가스를 흡수 할 수도 있습니다.
카본 블랙
카본 블랙은 안료, 인쇄 잉크 및 다양한 페인트 제조에 널리 사용됩니다. 이 탄소는 일반적으로 고무 제품의 강도와 저항을 향상시킵니다.
림이나 타이어의 필러로서 내마모성을 높이고 햇빛으로 인한 열화로부터 재료를 보호합니다.
비정질 탄소 필름
다양한 평판 및 마이크로 전자 장치에서 비정질 탄소 필름 또는 코팅의 기술적 사용이 증가하고 있습니다. sp 2 및 sp 3 결합의 비율은 비정질 탄소 필름이 다양한 밀도와 경도의 광학 및 기계적 특성을 가지고 있음을 의미합니다.
마찬가지로 반사 방지 코팅, 방사선 보호용 코팅 등에 사용됩니다.
참고 문헌
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