Cacbon là một nguyên tố kỳ diệu. Là một khối xây dựng cơ bản, nó đóng vai trò là nguyên tố xương của tất cả các sinh vật sống trên Trái đất và là nguyên tố quan trọng nhất trong cơ thể con người. Vật liệu cacbon cũng độc đáo ở khả năng kết hợp các mặt đối lập và sự thống nhất. Chúng có thể mỏng như sợi tóc, nhẹ như lông vũ và cứng hơn thép. Vật liệu cacbon vừa là chất cách điện vừa là chất dẫn điện, vừa cách nhiệt vừa dẫn nhiệt, vừa hấp thụ hoàn toàn ánh sáng vừa truyền hoàn toàn ánh sáng. Tính linh hoạt này làm cho vật liệu cacbon luôn thay đổi và độc nhất vô nhị về tính chất và ứng dụng của chúng.
Sự khác biệt giữa “than củi” và “cacbon”
Carbon đề cập đến nguyên vật liệu, là những chất rắn có thành phần chính là cacbon. hóa chất thành phần không tinh khiết và thường chứa các tạp chất khác, chẳng hạn như than, muội than, coca, v.v.
Carbon là từ dùng để chỉ nguyên tố, và các từ liên quan đến nguyên tử carbon và nguyên tố carbon được sử dụng, chẳng hạn như carbide, mạng lưới mặt phẳng carbon, carbonate, v.v.
Phân loại vật liệu cacbon
Vật liệu cacbon có lịch sử lâu dài và đa dạng, có thể chia thành ba loại: vật liệu carbon truyền thống (Carbon cổ điển), vật liệu carbon đặc biệt (Carbon đặc biệt) và vật liệu nano carbon (Nano Carbon). Vật liệu nano carbon và vật liệu carbon đặc biệt được gọi chung là vật liệu carbon mới, như thể hiện trong hình dưới đây.
Than hoạt tính
Than hoạt tính là một loại carbon được xử lý đặc biệt để có cấu trúc lỗ rỗng phát triển và diện tích bề mặt lớn. Nó có khả năng hấp phụ mạnh và diện tích bề mặt riêng cao. Cấu trúc lỗ rỗng bên trong phát triển tốt và mật độ khối của nó thấp. Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong quá trình làm sạch nước, khử lưu huỳnh, khử nitrat, thu hồi dung môi, hấp phụ khẩn cấp và loại bỏ thủy ngân. Nó cũng được sử dụng làm chất xúc tác hoặc chất hỗ trợ xúc tác trong quá trình chuẩn bị và cải cách khí.
Fulleren
Fullerene là một phân tử rỗng được cấu tạo hoàn toàn từ cacbon. Nó có thể có hình cầu, hình elip, hình trụ hoặc hình ống. Fullerene có đặc tính vận chuyển điện tử tốt. Nó có thể được sử dụng làm vật liệu chấp nhận trong các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ. Fullerene hòa tan trong nước có đặc tính oxy hóa. Nó có thể tạo ra nhiều dạng khác nhau của các loài oxy phản ứng. Fullerene là một chất nhạy sáng mạnh. Nó có thể chuyển đổi oxy trạng thái ba thành oxy trạng thái đơn hoạt động. Fullerene có tác dụng chống nhăn, làm trắng, chống viêm và phục hồi. Nó không gây hại đáng kể cho cơ thể con người
Ống nano cacbon
Ống nano cacbon là vật liệu nano một chiều. Chúng có độ bền, độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như xe năng lượng mới, sản phẩm kỹ thuật số 3C, chất bán dẫn và cơ sở hạ tầng điện. Nhu cầu thương mại chính đối với ống nano cacbon đến từ pin lithium và nhựa dẫn điện. Hơn 80% nhu cầu đến từ ngành công nghiệp pin lithium
Kim cương nano
Nanodiamonds là vật liệu kim cương ở thang nanomet. Chúng có chung một số đặc tính tuyệt vời với kim cương khối, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn và độ dẫn nhiệt. Nanodiamonds thường được sử dụng làm lớp phủ cho các vật liệu như kim loại, cao su, nhựa và thủy tinh. Chúng cũng được sử dụng làm chất bôi trơn và vật liệu nghiền mịn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nanodiamonds để ngăn chặn sự phát triển của dendrite trong pin lithium, đảm bảo hoạt động ổn định của pin. Nanodiamonds có các ứng dụng đầy hứa hẹn trong phát xạ trường catốt lạnh, điện cực điện hóa, cửa sổ quang học, truyền thông lượng tử và phân phối thuốc.
Carbon xốp
Carbon xốp có nhiều kích thước lỗ rỗng khác nhau. Có thể hiểu là vật liệu carbon có nhiều cấu trúc lỗ rỗng khác nhau. Carbon xốp có độ ổn định hóa học cao, khả năng chống ăn mòn axit và kiềm, độ dẫn điện cao. Chi phí thấp và được sử dụng rộng rãi trong tách khí, lọc nước, xúc tác và khử muối nhiệt mặt trời. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ như vật liệu bảo vệ nhiệt với khả năng cách nhiệt và chống nhiệt tích hợp
Graphen
Graphene là vật liệu cacbon hai chiều. Nó bao gồm một lớp nguyên tử cacbon đơn được sắp xếp theo mạng lưới tổ ong. Nó là thành phần cấu trúc cơ bản của các dạng thù hình cacbon khác như than chì, kim cương, ống nano cacbon và fullerene. Graphene có các đặc tính quang học, điện và cơ học tuyệt vời. Nó có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực như khoa học vật liệu, xử lý micro-nano, năng lượng và ứng dụng y sinh. Graphene được coi là vật liệu mang tính cách mạng cho tương lai