关于石墨的常识

土状石墨

土状石墨又称非晶质石墨或隐品质石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。 土状石墨

又称非晶质石墨或隐品质石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。 石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质：

1） 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

2） 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。

3） 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。

4） 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5） 可塑性：石墨的韧性好，可年成很薄的薄片。

6） 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。

无定形石墨即土状石墨，是最低级别的天然石墨。无定形石墨并不像他的姓名那样真的没有石墨结晶，而是其结晶太小，具有微晶布局。X-射线分析表明，无定形土状石墨中含有15%~45%的晶化石墨，因此也将无定形石墨称为微晶石墨。 无定形土状石墨按其产出形态可分为两种：分散状土状石墨矿石和细密块状土状石墨矿石。

分散状土状石墨矿石主要赋存在鳞片石墨矿石的破碎带或解理裂隙面上，具有糜棱状布局。成分杂乱且不稳定，主要由斜长石、石英、石墨粉、透闪石、绿泥石等组成。鳞片受挤压破碎成细小碎片，有的呈乌黑星点状，肉眼难辨认其晶形。矿石品位低，一般2%~3%，不具有工业价值。土状石墨又称非晶质石墨或隐品质石墨，这种石墨的晶体直径通常小于1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。通常的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。 细密块状土状石墨矿石多由煤田受热力蜕变的接触蜕变而成。矿石为黑色细密块状，具有从石墨过度到无烟煤的一系列特点。石墨含量不一，一般为

60%~80%，最低15%，最高90%以上，组成矿藏除石墨外，尚有绢云母、石英、黄铁矿、方解石、褐铁矿、粘土等。这是土状石墨的主要特征。

无定形石墨即土状石墨，是最低级别的天然石墨。无定形石墨并不像他的名字那样真的没有石墨结晶，而是其结晶太小，具有微晶结构。X-射线分析表明，无定形金石土状石墨中含有15%~45%的晶化石墨，因此也将无定形石墨称为微晶石墨。

鳞片状石墨

性质：呈鳞片状、薄叶片状晶质的石墨，大小一般为(1.0～2.0)×(0.5～1.0)mm，最大4～5mm，片厚0.02～0.05mm。鳞片愈大，经济价值愈高。多呈浸染状、片麻状分布于岩石中。具有明显的定向排列。与层面方向一致。石墨含量一般为3％～10％，最高20％以上，常与古老变质岩(片岩、片麻岩)中石英，长石，透辉石等矿物共生，在火成岩与石灰岩接触带也可见到。鳞片状石墨具层状结构，其润滑性，柔韧性，耐热性和导电性能均比其他石墨好。主要用作制取高纯石墨制品的原料。

鳞片石墨

石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质 而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特 点是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之 间。是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多 选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、 可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值大

鳞片石墨是一种层状结构的天然固体润滑剂，资源丰富且价格便宜。鳞片石墨结晶完整，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的热传导性、 导电性、抗热震性，耐腐蚀性等。

按含碳量的高低分类

如C%》99.9%为高纯石墨；94%《C%<99%为高碳石墨；80%《C%<94%为中碳石墨；50%《C%<80%为低碳石墨。鳞片石墨广泛用于冶金工业的耐火材料、轻工业的铅笔芯、电池工艺的电极、化学工业的润滑密封材料等。作为涂料的功能填料主要用于防腐涂料、防火涂料和导电涂料。

按粒度大小分类

当粒度小于w38微粉石墨。[1] 鳞片石墨标准GB T 3518-2008

鳞片石墨广泛用于治金工业的高级耐火材料与涂料。如镁碳砖、坩埚等。军事工业火工材料安定剂、冶炼工业脱硫增速剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业的催化剂等。鳞片石墨经过深入加工，又可以生产出石墨乳，用于润滑剂、脱模剂、拉丝剂、导电涂料等。还可以生产膨胀石墨，用于柔性石墨制品原料，如柔性石墨密封件及柔性石墨复材料制品等。

鳞片石墨品种，按含碳量的高低分类：如含碳量在99.99-99.9%之间为高纯石墨；含碳量在99-94%之间为高碳石墨；含碳量在93-80%为中碳石墨；含碳量在75-50%之间为低碳石墨。

按粒度大小分类时：当粒度小于w38微粉石墨。

鳞片石墨的性能：鳞片结晶完整。片薄且韧性好。物理化学性能优异，具有良好的耐温性、自润滑性、热传导性、导电性、抗热震性、耐腐蚀性等性能。

鳞片石墨作为涂料的功能填料主要用于防腐涂料、防火涂料和导电涂料。

作为防腐材料，它和炭黑、滑石粉及油料等制成的防锈底漆，具有良好的耐化学品和溶剂腐蚀性能；若在配方中加入锌黄等化学颜料，其防锈效果更好。

用作防火填料的是可膨胀石墨，它是以天然石墨鳞片为原料，经化学或电化学处理而得到的一种石墨层间化合物。可膨胀石墨在受热条件下，体积急剧膨胀（最高可达300倍）窒息了火焰，同时生成膨胀物，达到隔绝火焰，延迟或中断火焰蔓延的作用，且本身不燃，柔软性好，表面能高，炭化层强度好。但是膨胀体的体积和用量要选择适宜。试验表明，150um的颗粒、30%的膨胀倍数、5%的用量最为合适。

鳞片石墨可直接作为碳类导电填料亦可制成复合导电填料用于导电涂料。但由于石墨鳞片的添加量较大，会使涂料的性能变脆而使其应用受到一定限制。因此，采取措施进一步提高石墨的导电性，有效降低石墨鳞片的添加量。国内天华化工机械研究院开发了以高温耐腐蚀树脂为基料，以导静电能力较强的大片状实体石墨鳞片为主要骨料，以本体强度高 耐磨性好。

抗形变开裂性好的短切纤维材料为功能性填料的无溶剂厚膜型导电涂料。该涂料具有抗腐蚀介质渗透、固化残余应力小、抗基体形变开裂性好、施工性能稳定、长效导静电的特点。可用于原油储罐内壁导静电涂装。据资料报道，采用化学镀技术对石墨粉体施镀金属，如铜、镍、银等制备复合导电填料，以30%的量用于导电涂料中，不仅其导电性很好，且防腐性进一步提高。

无定形碳 包括木炭、焦炭、骨炭、糖炭和炭黑等，是单质碳的一类变体。无定形碳与石墨一样，也是六方晶系片层结构，只是碳原子六角形环所构成的平面网层堆积不规则，晶体结构有明显缺陷，晶粒很微细。无定形碳与少量砂子和氧化铁催化剂混合, 在约3500℃的电炉中加热，使产生的碳蒸气凝聚，可得人造石墨。 在无定形碳中，木炭是一种仍保持原物形状的多孔性固体，由木材或坚果壳等在隔绝空气的条件下干馏制得。木炭可做燃料、黑色火药的原料、吸附剂和脱色剂。 焦炭是由煤在隔绝空气的条件下高温干馏制得，主要在冶炼金属时用作还原剂，还可做无烟燃料，或用于生产水煤气。

最纯净的无定形碳是糖炭，可由糖在隔绝空气条件下进行热分解而制得。为了除去杂质，通常还要在赤热下用氯气处理，然后水洗，再在加热的氢气流中除去残留的氯。

目前使用最为广泛的石墨提纯工艺--氢氟酸法

任何硅酸盐都可以被氢氟酸溶解，这一性质使氢氟酸成为处理石墨粉中难溶矿物的特效试剂。1979年以来，国内外相继开发了气态氟化氢、液态氢氟酸体系以及氟化铵盐体系的净化办法，其中，液态氢氟酸法应用最为广泛，它利用鳞片石墨中的杂质和氢氟酸反应生成溶于水的氟化物及挥发物而达到提纯的目的。 氢氟酸法提纯时把石墨粉与一定比例的氢氟酸在预热后一起加入到带拌和器的反应器中，待充分润湿后计时拌和，反应器温度由恒温器控制，到达指定时间后及时脱除多余的酸液，滤液循环使用，滤饼经热水冲刷至中性后脱水烘干即得产品。

氢氟酸法是一种比较好的提纯计划，20世纪90年代已完成工业化生产，欧美等国比中国使用更普遍。由于该法对设备腐蚀性大，而且毒性强，十多年前就有人用稀酸和氟化物两步处理来脱除石墨粉中的杂质。日、法等国专利曾介绍用氟化氢铵或氟化铵与含碳量93%的石墨粉反应，可将石墨粉的固定碳含量提高到99.95%。鉴于氢氟酸的无穷毒性，生产过程必须有严格的安全防护和废水处理系统。

石墨烯是一种从石墨粉中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，是一种“超级材料”，是最薄却也是最坚硬的纳米材料，其厚度只有0.335纳米，硬度超过钻石，重量几乎为零。它在室温下传递电子的速度比已知导体都快，可用来制造透明触控屏幕、光板，甚至太阳能电池。石墨烯的两种不同制备方法和产品。石墨烯产品，根据最终应用的不同主要有单层大面积石墨烯膜（厚度为0.3nm）和多层石墨烯微片两种类型。目前，单层大面积石墨烯的制备方法是CVD生长方法，生长出来的石墨烯膜经过技术手段转移到不同的基底材料上，通过利用石墨烯的透明导电等特性，实现石墨烯膜在具体产品上的应用，比如石墨烯触摸屏就是典型的应用。宁波墨西科技有限公司生产的石墨烯产品为石墨烯微片，即为多层石墨烯结构，但石墨烯的特性，比如导电、导热、透光、柔软性等得到很好保持，可以作为一种工业原材料广泛地添加到现有的各种基础材料中，对现有材料的性能进行改进。石墨烯微片，就像是一组具有很好特征的基因组，通过和现有材料在微观层面的有机结合，改良了现有材料的基因构成，必将引起一场材料革命和工业革命，具有广阔的市场空间。

自从石墨烯被成功制备出来以后，石墨烯在全世界范围内掀起了一股新的研究

热潮，各种极具魅力的独特性质相继被发现，预测其很有可能会在很多范畴引起革命性的变化，石墨烯具有独特的布局和优异的电学、热学、力学等性能，石墨烯资料将在各种微电子范畴包含电极资料、能源转化储存范畴、复合资料、场发射资料.高灵敏度传感器等范畴中发挥无穷的作用。石墨烯是研究范畴的“金矿”，研究人员正在“开采”并陆续得到了新的研究成果。文献综述了石墨烯及石墨烯资料的制备及其在超级电容器电极资料中的应用研究并展望了其未来发展前景。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维资料。石墨烯一直被认为是假设性的布局，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在试验中从石墨中分离出石墨烯，而试验证实它可以单独存在，两

人也因“在二维石墨烯资料的开创性试验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米资料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光\；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，图1石墨烯作为基本单元构筑其他石墨化碳资料的示意图又比纳米碳管或硅晶体更高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的资料。由于它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。石墨烯的碳原子摆放与石墨的单原子层相同，石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。

人也因“在二维石墨烯资料的开创性试验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米资料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光\；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，图1石墨烯作为基本单元构筑其他石墨化碳资料的示意图又比纳米碳管或硅晶体更高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的资料。由于它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯另一个特性，是能够在常温下观察到量子霍尔效应。石墨烯的碳原子摆放与石墨的单原子层相同，石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。

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