АМОРФНЫЙ УГЛЕРОД

НОМЕР КАС: 7782-42-5

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФОРМУЛА: C

Аморфный углерод — это свободный химически активный углерод, не имеющий кристаллической структуры.
Аморфные углеродные материалы можно стабилизировать, обрывая оборванные π-связи водородом.

Как и в других аморфных твердых телах, можно наблюдать некоторый ближний порядок.
Аморфный углерод часто сокращается до aC для обычного аморфного углерода, aC:H или HAC для гидрогенизированного аморфного углерода или до ta-C для тетраэдрического аморфного углерода (также называемого алмазоподобным углеродом).

Аморфный углерод является основным исходным материалом для синтеза органических полупроводников, используемых в солнечных элементах, перовскитах и ​​био/фармацевтических приложениях.
Аморфный углерод высокой чистоты для использования в системах термического испарения в качестве акцепторов электронов, полупроводников n-типа или интерфейсных слоев.

Аморфный углерод используется в литейном производстве. Аморфный углерод жирный, хорошо окрашивает и обладает способностью прилипать к твердым поверхностям, создавая на поверхности тонкую пленку.
В минералогии аморфным углеродом называют уголь, карбидный углерод и другие нечистые формы углерода, которые не являются ни графитом, ни алмазом.
В кристаллографическом смысле, однако, эти материалы являются не совсем аморфными, а скорее поликристаллическими материалами графита или алмаза в аморфной углеродной матрице.

Технический углерод также обычно содержит значительные количества других элементов, которые также могут образовывать кристаллические примеси.
С развитием современных методов осаждения и выращивания тонких пленок во второй половине 20-го века, таких как химическое осаждение из паровой фазы, осаждение распылением и катодно-дуговое осаждение, стало возможным изготовление действительно аморфных углеродных материалов.

Истинный аморфный углерод имеет локализованные π-электроны (в отличие от ароматических π-связей в графите), и его связи формируются с длинами и расстояниями, которые несовместимы с любым другим аллотропом углерода.
Аморфный углерод также содержит высокую концентрацию оборванных связей; это вызывает отклонения в межатомном расстоянии (измеряемом с помощью дифракции) более чем на 5%, а также заметное изменение валентного угла.

Свойства аморфных углеродных пленок варьируются в зависимости от параметров, используемых при осаждении.
Основной метод определения характеристик аморфного углерода основан на соотношении гибридизованных связей sp2 и sp3, присутствующих в материале.

Аморфный углерод состоит исключительно из sp2-гибридных связей, тогда как алмаз состоит исключительно из sp3-гибридных связей.
Аморфный углерод с высоким содержанием sp3-гибридных связей называют тетраэдрическим аморфным углеродом из-за тетраэдрической формы, образованной sp3-гибридными связями, или алмазоподобным углеродом (из-за сходства многих физических свойств со свойствами алмаза).

Экспериментально отношения sp2 к sp3 можно определить путем сравнения относительных интенсивностей различных спектроскопических пиков (включая EELS, XPS и рамановскую спектроскопию) с ожидаемыми для графита или алмаза.
В теоретических работах отношения sp2 к sp3 часто получают путем подсчета числа атомов углерода с тремя связанными соседями по сравнению с атомами с четырьмя связанными соседями.

Хотя может показаться, что характеристика аморфных углеродных материалов по соотношению sp2-sp3 указывает на одномерный диапазон свойств между графитом и алмазом, это определенно не так.
В настоящее время ведутся исследования способов охарактеризовать и расширить диапазон свойств, предлагаемых аморфными углеродными материалами.

Утверждается, что аморфный углерод, сокращение от закаленного углерода, представляет собой тип аморфного углерода, который является ферромагнитным, электропроводным, более твердым, чем алмаз, и способным проявлять высокотемпературную сверхпроводимость.
Исследовательская группа под руководством профессора Джагдиша Нараяна и аспиранта Анаг Бхаумик из Университета штата Северная Каролина объявила об открытии аморфного углерода в 2015 году.

Они опубликовали множество статей по синтезу и характеристике аморфного углерода, но по состоянию на конец 2020 года нет независимого экспериментального подтверждения этого вещества и его свойств.
По словам исследователей, аморфный углерод демонстрирует случайную аморфную структуру, которая представляет собой смесь трехкомпонентной (sp2) и четырехкомпонентной (sp3) связи, а не однородной связи sp3, характерной для алмазов.

Аморфный углерод плавится с помощью наносекундных лазерных импульсов, а затем быстро охлаждается с образованием Q-углерода или смеси Q-углерода и алмаза.
Аморфный углерод может принимать различные формы, от наноигл до алмазных пленок большой площади.

Исследователи также сообщили о создании азотно-вакансионных наноалмазов и аморфного углерода, а также о превращении аморфного углерода в алмаз и h-BN в c-BN при температуре окружающей среды и давлении воздуха.
Группа получила патенты на q-материалы и намеревалась коммерциализировать их.

Аморфный углерод (а-С), в том числе сажу и активированный уголь, можно получить при неполном сгорании растительных и животных веществ.
Принимая во внимание быстрое развитие нанокомпозитов, армированных а-С, в этой главе рассматриваются текущие исследования и соответствующие методы производства и применения а-С и его нанокомпозитов.

Благодаря своим превосходным и уникальным свойствам эти материалы используются в различных областях текстильной, пластиковой и медицинской промышленности, а также в области фильтрации газа и воды, электрических применений и упаковки пищевых продуктов.
Аморфный углерод представляет собой углеродный материал без дальнего кристаллического порядка.

Ближний порядок существует, но с отклонениями межатомных расстояний и/или углов межвалентных связей как по отношению к решетке графита, так и к решетке алмаза.
Термин аморфный углерод ограничен описанием углеродных материалов с локализованными π-электронами.

В таких материалах наблюдаются отклонения расстояний аморфного углерода >5 (т.е. ± Δx/X0 > 0,05, где X0 — межатомное расстояние в кристаллической решетке как для конфигурации sp2, так и для конфигурации sp3), а также отклонения в валентные углы из-за наличия «оборванных связей».
Аморфные углероды обычно дают одиночные симметричные сигналы при использовании ЭПР с непрерывной волной (CW). Спиновые концентрации оцениваются путем сравнения интенсивности сигнала с интенсивностью стандартного образца.

Положение магнитного поля сигнала соответствует «значению g» парамагнитных частиц, которое получается из значения свободного электрона 2,00023 в результате увеличения спин-орбитальных взаимодействий.
Поскольку гетероатомы вызывают сильные спин-орбитальные взаимодействия, значения g измеряют присутствие гетероатомов, включенных в состав радикалов углерода.

Аморфный углерод можно разделить на мягкий углерод и твердый углерод в зависимости от степени сложности графитизации.
Аморфный углерод, также известный как графитируемый углерод, представляет собой переходный углерод, который может быть преобразован в графитированный углерод путем термообработки при температуре выше 2000°C.

Аморфный углерод в основном получают в результате пиролиза органических полимеров и нефтяного асфальта.
По сравнению с графитизированным углеродом степень графитации мягкого углерода низкая, размер зерен мал, а межплоскостное расстояние большое, что также способствует внедрению и удалению ионов натрия во время заряда и разряда и благоприятствует совместимости с электролит. Несмотря на это, некоторые недостатки самого мягкого углерода ограничивают использование аморфного углерода в батареях, в основном из-за более низкой удельной емкости и сильного гистерезиса напряжения.

Твердый углерод трудно графитизируется даже при температурах выше 3000°С.
Предшественником является термическое разложение термоплавких смол, таких как некоторые фенольные смолы и целлюлоза, присутствующие в растениях, в основном пиролитический углерод, смоляной углерод и сажа.

Твердый углерод имеет один слой аморфного углерода, который расположен на большем расстоянии, чем слой мягкого углерода, что более способствует диффузии ионов натрия.
Кроме того, обилие дефектов решетки в атомарном слое обеспечивает больше активных центров для ионов натрия, поэтому твердый углерод обладает большей удельной емкостью.
Однако дефекты решетки также имеют некоторые недостатки при увеличении емкости.

Аморфный углерод трудно высвобождается после внедрения в дефекты решетки атомного слоя, что приводит к проблеме, заключающейся в том, что первая обратимая удельная потеря заряда и разряда велика, а первая кулоновская эффективность низка.
Гетероатомы в твердом углероде также вызывают более сильный гистерезис напряжения, чем в мягком углероде.

В то же время твердый аморфный углерод не имеет очевидной платформы для зарядки и разрядки, что также делает выходное напряжение батареи нестабильным.
Аморфный углеродный материал, состоящий из небольших листов полициклического ароматического углерода с высокой плотностью центров сульфоновой кислоты, является одним из перспективных твердых заменителей сернокислотного катализатора.

Такой материал можно легко получить путем неполной карбонизации сульфополициклических ароматических углеводородов или сульфирования не полностью карбонизированных органических соединений, и он проявляет замечательные каталитические свойства в качестве стабильного катализатора различных жидкофазных реакций, катализируемых кислотой.
Однако аморфный углерод нельзя синтезировать путем сульфирования известных углеродных материалов, таких как графит, сажа, графитизированное углеродное волокно, активированный уголь или стеклоуглерод.

Аморфный углерод представляет собой некристаллическую твердую аллотропную форму углерода.
Дальнего порядка в положениях атомов углерода нет, но наблюдается некоторый ближний порядок. Химические связи между атомами представляют собой смесь sp2- и sp3-гибридных связей с высокой концентрацией оборванных связей.

Поскольку аморфный углерод термодинамически находится в метастабильном состоянии, а соотношение sp2- и sp3-гибридных связей непостоянно, свойства аморфного углерода сильно различаются в зависимости от методов и условий образования.
Аморфный углерод часто обозначается аббревиатурой «а-С».

Другие формы — сажа, древесный уголь, ламповая сажа, уголь, кокс — иногда называют аморфными, но рентгенологическое исследование показало, что эти вещества действительно обладают низкой степенью кристалличности.
Алмаз и графит встречаются на Земле в природе, но их также можно производить синтетическим путем; они химически инертны, но соединяются с кислородом при высоких температурах, как это делает аморфный углерод.

Фуллерен был случайно обнаружен в 1985 году как синтетический продукт в ходе лабораторных экспериментов по моделированию химических процессов в атмосфере звезд-гигантов.
Позже было обнаружено, что аморфный углерод встречается в природе в крошечных количествах на Земле и в метеоритах.

Аморфный углерод также является синтетическим, но ученые предполагают, что он может образовываться в горячих средах некоторых планетарных ядер.
Аморфный углерод вызвал большой исследовательский интерес из-за его настраиваемых свойств и важности для приложений.

Из-за гибкости связывания аморфного углерода при гибридизации sp, sp2 или sp3 углерод образует множество аморфных структур. Стеклоуглерод, связанный Sp2, наследует ближний/средний графитовый порядок и является электропроводным, а его структурная неупорядоченность приводит к таким полезным свойствам, как высокая твердость и прочность в сочетании с низкой плотностью.
Однако синтез sp3-гибридизованного аморфного углерода остается сложной задачей, в отличие от ситуации с кремнием и германием, которые легко образуют аморфные структуры6.

Аморфный углерод с концентрацией связей sp3 почти до 100% может унаследовать ближний/средний порядок кристаллического алмаза и, как ожидается, также унаследует его превосходные свойства.
Добавление даже небольшого количества sp3-связей в аморфный углерод может существенно изменить его свойства.

Аморфный углерод представляет собой элементарную форму углерода с низким содержанием водорода, который может осаждаться в виде тонких пленок под действием высокоэнергетических атомов или ионов углерода.
Аморфный углерод структурно отличается от более известных элементарных форм углерода, алмаза и графита.

Аморфный углерод по своим физическим и химическим свойствам отличается от материала, известного как алмазоподобный углерод, формы, которая также является аморфной, но имеет более высокое содержание водорода, обычно около 40 атомных процентов.
Аморфный углерод также имеет характерные спектры комбинационного рассеяния, структура которых зависит за счет эффектов усиления резонанса не только от условий осаждения, но и от длины волны, выбранной для возбуждения комбинационным рассеянием.

В этой статье представлен обзор рамановской спектроскопии аморфного углерода и описано, как спектральные картины рамановского рассеяния коррелируют с условиями осаждения пленки, физическими свойствами и структурой на молекулярном уровне.
Аморфный углерод обладает широким спектром свойств, которые в первую очередь контролируются различной гидридизацией связей, возможной в таких материалах.

Аморфный углерод позволяет выращивать широкий спектр тонких пленок, которые можно адаптировать для конкретных приложений.
Аморфный углерод может варьироваться от высокопрозрачных и твердых алмазоподобных до непрозрачных, мягких и подобных графиту.

Аморфные угли с высокой степенью sp3-связи, придающей алмазоподобные свойства, широко используются в промышленности для получения твердых покрытий.
Области применения, включая автоэмиссионные катоды, МЭМС, электронные устройства, медицинские и оптические покрытия, теперь близки к рынку.

Аморфный углерод в аморфном углероде был собран вместе, чтобы дать этот исчерпывающий комментарий о текущем состоянии и будущих перспективах этого высокофункционального материала.
Свойства аморфного углерода значительно различаются в зависимости от плотности образца, и детали его атомной структуры сильно влияют на свойства материала.

В группе разрабатываются вычислительные подходы, чтобы лучше понять микроскопическую структуру различных аморфных углеродов на атомном уровне и предсказать свойства этих материалов, важные для экспериментальной работы и технологических приложений.
Аморфный углерод — это свободный реактивный углерод, не имеющий кристаллической структуры.

Истинный аморфный углерод имеет локализованные π-электроны (в отличие от ароматических π-связей в графите), и его связи формируются с длинами и расстояниями, которые несовместимы с любым другим аллотропом углерода.
Аморфный углерод — это свободный реактивный углерод, не имеющий кристаллической структуры.

Аморфные углеродные материалы можно стабилизировать, обрывая оборванные π-связи водородом.
Эти материалы затем называются гидрогенизированным аморфным углеродом. Как и во всех аморфных твердых телах, можно наблюдать некоторый ближний порядок.

Аморфный углерод часто сокращается до aC для обычного аморфного углерода, aC:H или HAC для гидрированного аморфного углерода или до ta-C для тетраэдрического аморфного углерода.
Рассмотрены свойства различных типов аморфного углерода и гидрогенизированного аморфного углерода с особым акцентом на влияние атомной структуры на электронную структуру.

В аморфном углероде показано, как доля сайтов sp3 и sp2 определяет не только ближний порядок, но и существенный средний порядок.
Средний порядок особенно важен в аморфном углероде, потому что он является источником его оптической щели, тогда как ближнего порядка обычно достаточно, чтобы гарантировать щель в других аморфных полупроводниках.

В обзоре обсуждаются следующие свойства: ближний порядок и функция радиального распределения, инфракрасные и рамановские спектры, механическая прочность, электронное строение, спектры фотоэмиссии, оптические свойства, спектры потерь энергии электронов, спектры возбуждения на остовном уровне, электропроводность. , электронные дефекты и электронное легирование гидрогенизированного аморфного углерода.
Тонкие пленки аморфного углерода (а-С) были нанесены на кварцевую подложку при различной температуре осаждения методом термохимического осаждения из паровой фазы (CVD) с использованием природного прекурсора «камфорное масло».

Все образцы выращивались в фиксированных условиях, за исключением того, что температура осаждения варьировалась от 400°C до 800°C.
Тонкие пленки аморфного углерода были охарактеризованы с использованием УФ-видимой спектроскопии, измерения ВАХ, рамановской спектроскопии и атомно-силовой микроскопии (АСМ).

УФ-видимый анализ использовали для получения оптической ширины запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны уменьшилась с 1,0 эВ до 0,1 эВ с увеличением температуры осаждения.
Электропроводность тонких пленок аморфного углерода увеличивалась по мере увеличения температуры осаждения.

Количество sp 2 и sp 3 -связанного углерода в структуре аморфного углерода может влиять на оптическую ширину запрещенной зоны тонких пленок аморфного углерода.
Было обнаружено, что тонкие пленки аморфного углерода зависят от температуры осаждения и количества sp 2 и sp 3 связанного углерода.

В общем случае аморфные структуры можно охарактеризовать высокой степенью ближнего порядка и отсутствием дальнего порядка.
С энергетической точки зрения атомы в аморфном кристалле не связаны идеально, они подвержены значительным напряжениям и искажениям.

Таким образом, энергия аморфного твердого тела выше, чем у чистого кристалла.
Существуют две специфические аморфные формы углерода: алмазоподобный аморфный углерод и графитоподобный аморфный углерод ($a-C$).

Эти две структуры можно четко различить по их макроскопическим и микроскопическим свойствам.
Первый имеет более высокую плотность, прозрачен и намного тверже, чем второй.

С микроскопической точки зрения соотношение четырехкратных алмазоподобных связей к тройным графитоподобным связям ($sp^3/sp^2$) будет определять тип получаемой нами структуры.
Это соотношение сильно зависит от способа получения аморфного твердого вещества и зависит от температуры и давления.

Для описания аморфной структуры могут быть использованы следующие характеристики: координационное число, функция радиального распределения, функция углового распределения.
Координационное число $z$ — это число ближайших соседей атомов.

Например, $z$ равно 4 для структуры аморфного углерода или 12 для структуры FCC.
Для совершенных решеток координационное число не имеет реального значения, но для более сложных структур, таких как аморфные решетки, оно играет решающую роль в определении типа аморфной структуры.

Пленки аморфного углерода были синтезированы поверх подложек из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) с использованием плазменного CVD-оборудования с атмосферным давлением (APG), которое мы изначально разработали и установили.
Варьируя диэлектрическую проницаемость пластины, регулировали скорость осаждения пленок аморфного углерода.

По результатам испытания на пропускание кислорода полученный ПЭТ, покрытый тонкими углеродными пленками, продемонстрировал высокие газонепроницаемые свойства.
Используя материал с высокой диэлектрической проницаемостью, мы, наконец, синтезировали почти полные газонепроницаемые пленки при скорости осаждения 15 сек.

Аморфный углерод обладает широким спектром свойств, которые в первую очередь контролируются различной гидридизацией связей, возможной в таких материалах.
Это позволяет выращивать широкий спектр тонких пленок, которые можно адаптировать для конкретных применений.

Пленки могут варьироваться от пленок с высокой прозрачностью и твердых, подобных алмазу, до непрозрачных, мягких и подобных графиту.
Пленки с высокой степенью связывания sp3, придающие алмазоподобные свойства, широко используются в промышленности для получения твердых покрытий.

Области применения, включая автоэмиссионные катоды, МЭМС, электронные устройства, медицинские и оптические покрытия, теперь близки к рынку.
Эксперты по аморфному углероду собрались вместе, чтобы подготовить этот исчерпывающий комментарий о текущем состоянии и будущих перспективах этого высокофункционального материала.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ:

-текстильный

-пластик

-медицинской промышленности, а также в области фильтрации газа и воды

- электрические приложения и упаковка для пищевых продуктов

ПРИЛОЖЕНИЯ:

Углеродный нанопорошок использовался в сравнительных исследованиях окислительной обработки углеродных наночастиц.
Неграфитовый углерод может использоваться в литий-ионных батареях в виде покрытия.
Очень важный наполнитель в резиновой промышленности, наряду с диоксидом титана, самый важный пигмент, печатные краски, тонеры, однослойные кровельные материалы, чернила, краски и пластмассы.

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Исследованы физические свойства тонких пленок аморфного углерода (а-С), полученных методом электронно-пушечного испарения на стеклянных подложках.
Метод электронной пушки представляет собой простой альтернативный метод изготовления пленок из этого материала в вакууме или в контролируемой атмосфере, такой как N2, с важными физическими свойствами.

Основным экспериментальным параметром, варьировавшимся для разных ростов, было расстояние источник-подложка.
Здесь сообщается о структурных, колебательных и электрических свойствах таких пленок.

Было проведено сравнение пленок a-C и легированных азотом пленок a-C, полученных по той же методике.
Пленки аморфного углерода имеют графитовый характер с плотностью носителей до 1,2 x 1022 см-3, а в пленках a-C:N были измерены высокие значения проводимости до 1,0 x 103 Ом-1см-1.

Аморфный углерод представляет собой неупорядоченную метастабильную форму элементарного углерода (хотя он также может быть преднамеренно или непреднамеренно легирован другими элементами, в первую очередь водородом).
Как свидетельство невероятной гибкости C для образования химических связей (что лежит в основе абсолютной сложности органических молекул и самой жизни), aC состоит из смеси атомов C с различным окружением: sp (как в ацетилене ), sp2 (как в графите) и sp3 (как в алмазе), в зависимости от того, сколько соседей имеет каждый атом C.

Аморфный углерод представляет большой интерес для исследований и промышленности, поскольку его механические и электронные свойства можно настроить между свойствами графена/графита и алмаза, регулируя соотношение sp2/sp3.
Тонкие пленки аморфного нитрида углерода были выращены плазменным разложением сырья CH4 и N2.

В пленках с более высокой концентрацией азота в спектрах инфракрасного поглощения преобладают моды NH2, что свидетельствует о полимерной структуре.
Спектры оптического поглощения и фотолюминесценции показывают, что введение азота уменьшает ширину запрещенной зоны и увеличивает структурный порядок этих тонких пленок.

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

-Внешний вид: черный твердый

-Точка плавления: 3652 - 3697 ° C (возгон)

-Точка кипения: 4200 °С

-Плотность: 2,267 г/см3

- Электроотрицательность: 2,55 Полинга

-Теплота испарения: 128 Ккал/г атом при 4612 °C

-Теплопроводность: 119-165 Вт/м/К

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

-Уровень качества: 100

-форма: нанопорошок

-размер частиц: <100 нм (ПЭМ)

-площадь поверхности: спец. площадь поверхности >100 м2/г (BET)

-ИнЧИ: 1С/С

-ИнЧИ ключ: OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N

СИНОНИМ:

05110_ФЛУКА
05112_ФЛУКА
05113_ФЛУКА
05120_ФЛУКА
05123_ФЛУКА
101239-80-9
106907-70-4
109766-76-9
114680-00-1
115344-49-5
116788-82-0
12424-49-6
124760-06-1
12751-41-6
12768-98-8
12789-22-9
130960-03-1
131640-45-4
133136-50-2
1333-86-4
1343-03-9
137322-21-5
137906-62-8
138464-41-2
1399-57-1
147335-73-7
155660-93-8
156854-02-3
158271-80-8
159251-18-0
161551_СИАЛ
16291-96-61
164973-65-3
179607-25-1
18002_РИДЕЛЬ
18002_СУПЕЛКО
18006_РИДЕЛЬ
18008_РИДЕЛЬ
18008_СИАЛ
181719-82-4
182761-22-4
186708-92-9
186708-96-3
208519-32-8
208728-20-5
208728-21-6
214540-86-0
22874_ФЛУКА
22874_СИАЛ
242233_СИАЛ
242241_СИАЛ
242268_СИАЛ
242276_СИАЛ
26837-67-2
282863_ALDRICH
282863_СИАЛ
29204_ФЛУКА
29204_СИАЛ
29238_ФЛУКА
292591_СИАЛ
2П3ВВУ3Н10
308068-56-6
326874-96-8
329428_SIAL
332461_ALDRICH