А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Перехідні форми - вуглець

Перехідні форми вуглецю, в тому числі сажі і вуглецеві волокна, на відміну від основних кристалічних форм (алмазу і фафіта) мають більш складну будову, що пов'язано з різною природою поверхневих атомів вуглецю сажецих частинок, що знаходяться в різних гібридних станах. Крайові атоми в кристаллитами сажі, як і в кристалі фафіта, мають менше трьох сусідів, тобто їх валентності насичені в повному обсязі. Вони насичуються воднем або вуглеводневими радикалами, що утворилися в процесі отримання сажі. Сажа містить крім вуглецю також водень, сірку, кисень і мінеральні речовини. Водень і кисень входять до складу різних хімічних фупп поверхневого шару, що визначають його хімічні властивості.

Перехідні форми вуглецю розглядаються як органічні-напівпровідники, електричні властивості яких визначаються делокалізовашшмі я-електронами. Особливість перехідних форм вуглецю полягає в тому, що валентна зона у них заповнена тільки частково причому ступінь її заповнення залежить від температури обробки і збільшується з її підвищенням.

Перехідні форми вуглецю підрозділяються на гомогенно-графи-тірующіеся і неграфітірующіеся.

Просторова модель структур вищого порядку вуглецю. Перехідні форми вуглецю підрозділяються на гомогенно-графітірующіеся і неграфітірующіеся.

Як було показано вище, перехідні форми вуглецю є органічними напівпровідниками з досить вузькою забороненою зоною. Проте напівпровідникові властивості можуть вплинути на розподіл зарядів як на зовнішньому, так і на внутрішній обкладці подвійного електричного шару. Істотний вплив на будову подвійного електричного шару може мати також розподіл по радіусах мікропор, якщо їх розміри порівнянні з товщиною подвійного електричного шару.

В результаті проведених досліджень встановлено, що перехідні форми вуглецю є електронними органічними напівпровідниками, електричні властивості яких визначаються делокалізованних л-електронами.

Третя стадія, або стадія гомогенної графитации, починається з температури 2273 - 2373 К, коли перехідні форми вуглецю, що формуються на предкрісталлізаці-ної стадії, починають перетворюватися в полікристалічний графіт.

Ламелярпая мікроструктура термообробленого антрациту (ТТО-3200 К. а електронна мікрофотографія, 25000. б картина електронної дифракції. З цієї точки зору перехідні форми вуглецю можуть розглядатися як багатокомпонентні системи з безперервним зміною властивостей у функціональній залежності від компонентного складу. Зрозуміло, що включення гетероатомов (наприклад, у складі вугілля) і вторинна структура (дисперсність, текстура і ін.) Також впливають на властивості вуглецевого матеріалу.

На другій стадії графитации (до 2200 С) поряд зі збільшенням розмірів решіток і підвищенням ступеня двомірної впорядкованості відбувається підвищення числа шарів в блоках. Видаляються атоми, що знаходяться між шарами; утворюються перехідні форми вуглецю - турбост-ратні структури. Атоми вуглецю в решітках таких структур не мають ідеального розташування і значно зміщені відносно площини грат.

Перериваючи процес термічної обробки на проміжних стадіях, отримують так звані перехідні форми вуглецю, що мають певний порядок в розташуванні атомів вуглецю і володіють специфічною гамою механічних і фізичних властивостей.

Кінетичні криві ізотермічної кристалізації коксу кам'яновугільного пеку. Зі зростанням ступеня кристалізації в вуглецевих продуктах безперервно зменшується кількість бічних ланцюжків вуглецю, що зв'язують вуглецеві шари сусідніх пакетів в просторово полімерну структуру. Проміжні продукти кристалізації так само, як і продукти карбонізації, Представляють собою перехідні форми вуглецю, що містять атоми різних валентних форм в шарах і бічних зв'язках.

Наведені вище три основні вимоги, яким повинні задовольняти вихідні волокна, є суто феноменологическими. Сформулювати науково обґрунтовані вимоги до вихідних волокнам на даному етапі фізико-хімічних досліджень термодеструкции полімерів не представляється можливим. Процеси термодеструкции полімерів і перехідні форми вуглецю занадто складні і різноманітні, тому можна тільки якісно характеризувати перехід від органічних до вуглецевим волокнам.

Основний вплив на електричні властивості перехідних форм вуглецю надає термічна обробка. Але в той же час незалежно від температури обробки зразки зазвичай мають негативний температурний коефіцієнт опору. Поєднання негативного температурного коефіцієнта опору з можливістю зміни типу провідності дозволяє розглядати перехідні форми вуглецю як якісно своєрідний вид напівпровідникових матеріалів. Звідси виникає необхідність в більш глибокому дослідженні властивостей і стану носіїв струму в цих напівпровідниках. Велике значення з цієї точки зору має вивчення температурних залежностей таких величин, як електропровід ність і коефіцієнт термоерс.

Причина неграфітіруемості ряду речовин (кокс полиакрилонитрила, полівініліденхлоріда, целюлози) при термообробці до 3000 С остаточно не з'ясована. Вважають, що істотну роль грає характер взаємної орієнтації вуглецевих шарів і кристалітів, природа зв'язків в бічних ланцюгах, що з'єднують гексагональних шари. Міцні зв'язки перешкоджають азимутальної повороту і зближенню атомних вуглецевих шарів в пакетах, а також ліквідації поворотних дефектів в кристалітів. В результаті утворюються перехідні форми вуглецю з різною граничної стогони графитизации або зовсім неграфі-тірующаяся форма. Ступінь графитизации при високотемп-рной обробці (2800 - 3000 С) коксов феноло-альдегідних Резиту зростає, напр. Сприятливо позначається на ступені графітнзаціі застосування тиску.

Причина неграфітіруемості ряду речовин (кокс полиакрилонитрила, полівініліденхлоріда, целюлози) при термообробці до 3000 С остаточно не з'ясована. Вважають, що істотну роль грає характер взаємної орієнтації вуглецевих шарів і кристалітів, природа зв'язків в бічних ланцюгах, що з'єднують гексагональних шари. Міцні зв'язки перешкоджають азимутальної повороту і зближенню атомних вуглецевих шарів в пакетах, а також ліквідації поворотних дефектів в кристалітів. В результаті утворюються перехідні форми вуглецю з різною граничною ступенем графітизації або зовсім неграфі-тірующаяся форма. Ступінь графитизации при високотемп-рной обробці (2800 - 3000 С) коксов феноло-альдегідних Резиту зростає, напр. Сприятливо позначається на ступеня графітизації застосування тиску.

Ці тіла мають підвищену внутрішньою енергією[52 с. Перехід в більш стабільний стан пов'язаний з індукованим скиданням енергії вуглецевої системою і протікає лише при високих температурах[52 с. Якщо температура графитации досить велика, то час релаксації для графітірующіхся матеріалів мало. При звичайних же температурах воно нескінченно велике і перехідні форми вуглецю можуть існувати як завгодно довго, перебуваючи в метастабільних станах. Структура таких тіл при кімнатних температурах перебуває ніби в замороженому стані.

Головним фактором, який визначає графітації вуглецевих матеріалів, є температура. Одночасно спостерігається зменшення частки нерегулярного вуглецевого матеріалу внаслідок розвитку процесів молекулярного впорядкування. Друга стадія протікає до температур 2000 С. Тут спостерігається подальше впорядкування атомів вуглецю в більш досконалу структуру. Поряд зі зростанням молекулярних шарів йде процес з'єднання їх в пакети. Утворюються так звані перехідні форми вуглецю. На третій стадії, власне гомогенної графитации, при температурах 2000 із перехідні форми вуглецю перетворюються в полікристалічний графіт шляхом тривимірної кристалізації в твердій фазі. Присутність кисню в газовій фазі викликає прискорення процесу графітації. Аналогічне вплив, хоча і в меншій мірі, надає вуглекислий газ.

Головним фактором, який визначає графітації вуглецевих матеріалів, є температура. Одночасно спостерігається зменшення частки нерегулярного вуглецевого матеріалу внаслідок розвитку процесів молекулярного впорядкування. Друга стадія протікає до температур 2000 С. Тут спостерігається подальше впорядкування атомів вуглецю в більш досконалу структуру. Поряд зі зростанням молекулярних шарів йде процес з'єднання їх в пакети. Утворюються так звані перехідні форми вуглецю. На третій стадії, власне гомогенної графитации, при температурах 2000 із перехідні форми вуглецю перетворюються в полікристалічний графіт шляхом тривимірної кристалізації в твердій фазі. Присутність кисню в газовій фазі викликає прискорення процесу графітації. Аналогічне вплив, хоча і в меншій мірі, надає вуглекислий газ.

Це пояснюється дірковим характером провідності (або розсіюванням) на кордоні між сітками. У міру збільшення концентрації дірок нижня зона поступово виснажується. При температурах вище 1400 с (рис. 1.4 б) процес утворення дірок внаслідок виділення водню, мабуть, в основному забороняється. Зв'язування розірваних сіток, що відбувається під час ростові кристалів, призводить до зменшення кількості доручених дефектів, що грають роль електронних пасток. При цьому лзона починає знову заповнюватися. Одночасно при зростанні розмірів сіток вуглецю відбувається зменшення ширини А. При температурі 2000 с (рис. 1.4 г) цю зону можна вважати досить вузькою для переходу електронів в зону провідності під дією теплового збудження. Таким чином, на відміну від кристалічного графіту, що володіє, посуще-ству, металевою провідністю, перехідні форми вуглецю є органічними напівпровідниками, електричні властивості яких визначаються делокалізованних л-електронами.