석탄으로 흑연을 만들 수 있습니까? 연구원들은 새로운 탄소 고체를 찾는 것으로 시작합니다.

석탄으로 흑연을 만들 수 있습니까? 연구원들은 새로운 탄소 고체를 찾는 것으로 시작합니다. 날짜: 2022년 6월 10일 원천: 오하이오 대학교 요약: 흑연과 같은 탄소 기반 재료에 대한 세계의 수요가 증가함에 따라 연구자들은 이번 주에 '비정질 흑연'이라고 명명한 새로운 탄소 고체에 대한 증거를 제시했습니다. 흑연과 같은 탄소 기반 재료에 대한 세계의 수요가 증가함에 따라 오하이오 대학 연구원들은 이번 주에 "비정질 흑연"이라고 명명한 새로운 탄소 고체에 대한 증거를 제시했습니다. 물리학자 David Drabold와 엔지니어 Jason Trembly는 "석탄으로 흑연을 만들 수 있습니까?"라는 질문으로 시작했습니다. "흑연은 많은 용도로 사용되는 중요한 탄소 재료입니다. 흑연의 급성장하는 응용 분야는 리튬 이온 배터리의 배터리 양극이며 전기 자동차 산업에 매우 중요합니다. Tesla Model S에는 평균 54kg의 흑연이 필요합니다. 이러한 전극은 기술 수요의 급증으로 인해 얻기가 점점 더 어려워지고 있는 순수 탄소 재료로 만드는 경우 가장 좋습니다 . Ab initio 는 처음부터를 의미하며, 그들의 작업은 자연적으로 발생하는 탄소 재료에서 합성 형태의 흑연으로 가는 새로운 경로를 추구합니다. 몇 가지 다른 계산을 통해 그들이 발견한 것은 매우 높은 온도(약 3000도 켈빈)에서 형성되는 층상 물질이었습니다. 그 층은 층 사이에 전자 가스의 형성으로 인해 함께 유지되지만 이상적인 그래핀을 구성하는 육각형의 완벽한 층이 아닙니다. 이 새로운 재료에는 육각형이 많이 있지만 오각형과 칠각형도 있습니다. 그 링 무질서는 그래핀에 비해 새로운 재료의 전기 전도도를 감소시키지만, 주로 육각형이 지배하는 영역에서는 전도도가 여전히 높습니다. 모든 육각형이 아닙니다. "화학에서 탄소질 재료를 고온에서 열처리하여 층상 흑연 구조로 변환하는 과정을 흑연화라고 합니다. 이 편지에서 우리는 초기 및 기계 학습 분자 역학 시뮬레이션을 통해 순수한 탄소 네트워크가 압도적으로 변환하는 경향이 있음을 보여줍니다. 임의의 시작 구성에서도 발생하는 층이 있는 상당한 밀도 및 온도 창에서 층상 구조에 대해 설명합니다. 평평한 층은 비정질 그래핀입니다: 탄소의 오각형, 육각형 및 칠각형이 있는 평면에 배열된 위상학적으로 무질서한 3배위 탄소 원자"라고 Drabold는 말했습니다. , 오하이오 대학 예술 과학 대학의 물리학 및 천문학 석좌교수. "이 단계가 위상적으로 무질서하기 때문에 흑연의 일반적인 '스택 레지스트리'는 통계적으로만 존중됩니다."라고 Drabold가 말했습니다. "레이어링은 밀도 기능(LDA 및 PBE) 힘에 대한 반 데르 발스 보정 없이 관찰되었으며, 갤러리(평면 사이의 공극)에서 비편재화된 전자 가스의 형성에 대해 논의하고 면간 응집이 부분적으로 이러한 낮은 밀도 전자 가스. 면내 전자 전도도는 그래핀에 비해 극적으로 감소합니다." 연구원들은 이번 발표가 박리 및/또는 실험적 표면 구조 프로브에서 테스트할 수 있는 비정질 흑연의 존재를 다루는 실험 및 연구에 박차를 가할 것으로 기대합니다. Trembly는 오하이오 대학교 Russ 공과 대학의 기계 공학 교수이자 지속 가능한 에너지 및 환경 연구소 소장으로 석탄의 녹색 사용에 대해 부분적으로 연구해 왔습니다. 그와 Drabold는 물리학 박사 과정 학생인 Rajendra Thapa, Chinonso Ugwumadu 및 Kishor 네팔과 함께 연구에 협력했습니다. Drabold는 또한 OHIO의 Nanoscale & Quantum Phenomena Institute의 일원이며 비정질 탄소 및 비정질 그래핀 이론에 관한 일련의 논문을 발표했습니다. Drabold는 또한 이 연구를 수행하는 데 대학원생들의 탁월한 업적을 강조했습니다. 놀라운 인터플레인 응집력 Drabold는 "이 문제로 우리를 이끈 질문은 석탄에서 흑연을 만들 수 있는지 여부입니다."라고 말했습니다. "이 논문은 그 질문에 완전히 답하지 않았지만 탄소는 흑연처럼 층을 이루는 압도적인 경향이 있지만 오각형 및 칠각형(탄소 원자의 5원 및 7원 고리)과 같은 많은 '결함'이 있음을 보여줍니다. 우리는 비정질 흑연이 존재한다는 증거를 제시하고 그 형성 과정을 설명합니다 흑연화는 3,000K 근처에서 발생한다고 실험에서 의심되었지만 형성 과정과 무질서의 성질에 대한 세부 사항 비행기는 알려지지 않았다"고 덧붙였다. 오하이오 대학 연구원들의 연구는 탄소의 새로운 단계에 대한 예측이기도 합니다. "우리가 이것을 하기 전까지는 비정질 그래핀의 층(오각형과 칠각형을 포함하는 평면)이 층 구조로 서로 달라붙는다는 것이 전혀 분명하지 않았습니다. 나는 그것이 매우 놀라운 것을 발견했고, 실험자들이 이것을 찾아 갈 가능성이 높습니다. 이제 그 존재가 예측되는 것입니다."라고 Drabold가 말했습니다. "탄소는 기적의 원소입니다. 생명, 다이아몬드, 흑연, 버키 볼, 나노튜브, 그래핀 등을 만들 수 있습니다. 여기에도 흥미로운 기본 물리학이 많이 있습니다. 예를 들어 비행기가 어떻게 그리고 왜 결합하는지 , 이것은 그 자체로 기술적인 이유로 매우 놀랍습니다."