الكربون الناتج عن التحلل الحراري

الكربون البيروليتي مادة تشبه الجرافيت ، ولكن مع وجود بعض الروابط التساهمية بين صفائح الجرافين نتيجة للعيوب في إنتاجه.

الكربون الناتج عن التحلل الحراري هو مادة مصنعة من قبل الإنسان، ويُعتقد أنه لا يوجد في الطبيعة. ^{[ 1 ]} ويتم إنتاجه بشكل عام عن طريق تسخين الهيدروكربون إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة تحلله ، والسماح للجرافيت بالتبلور ( التحلل الحراري ).

إحدى الطرق هي تسخين الألياف الاصطناعية في الفراغ ، مما ينتج ألياف الكربون .

يستخدم في تطبيقات درجات الحرارة العالية مثل مخاريط أنف الصواريخ ، ومحركات الصواريخ، والدروع الحرارية، وأفران المختبرات، وفي البلاستيك المقوى بالجرافيت ، وطلاء جزيئات الوقود النووي، وفي الأطراف الاصطناعية الطبية الحيوية .

تم تطويرها في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي كامتداد للعمل على ترسيب البخار الحراري للمعادن. ^{[ 2 ]}

تتميز عينات الجرافيت المُحَلَّل حراريًا عادةً بمستوى انقسام واحد ، على غرار الميكا ، لأن صفائح الجرافين تتبلور بترتيب مستوٍ، على عكس الكربون المُحَلَّل حراريًا الذي يُشكِّل مناطق مجهرية عشوائية التوجيه. ولهذا السبب، يُظهر الجرافيت المُحَلَّل حراريًا العديد من الخصائص غير العادية المتباينة الخواص. فهو أكثر توصيلًا حراريًا على طول مستوى الانقسام من الكربون المُحَلَّل حراريًا، مما يجعله أحد أفضل الموصلات الحرارية المستوية المتاحة.

يشكل الجرافيت الناتج عن التحلل الحراري بلورات فسيفسائية ذات فسيفساء مضبوطة تصل إلى بضع درجات.

يُعدّ الجرافيت المُحلّل حراريًا أكثر مغناطيسية معاكسة ( χ = −4×10−4 ⁾ بالنسبة لمستوى الانفصام، حيث يُظهر أعلى مغناطيسية معاكسة (بالوزن) من بين جميع المواد المغناطيسية المعاكسة في درجة حرارة الغرفة. وبالمقارنة ، تبلغ النفاذية النسبية للجرافيت المُحلّل حراريًا 0.9996، بينما تبلغ النفاذية النسبية للبزموت 0.9998 (انظر الجدول ).

قلةٌ من المواد يمكن جعلها تطفو مغناطيسيًا بثبات فوق المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم. مع أن التنافر المغناطيسي واضح وسهل الحدوث بين أي مغناطيسين، إلا أن شكل المجال يجعل المغناطيس العلوي يندفع جانبيًا بدلًا من أن يبقى مدعومًا، مما يجعل الطفو المستقر مستحيلًا للأجسام المغناطيسية (انظر نظرية إيرنشو ). مع ذلك، يمكن للمواد ذات المغناطيسية المعاكسة القوية أن تطفو فوق مغناطيسات قوية.

بفضل سهولة توفر المغناطيس الدائم المصنوع من العناصر الأرضية النادرة والذي تم تطويره في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين، فإن خاصية المغناطيسية المعاكسة القوية للجرافيت البيروليتي تجعله مادة عرض ملائمة لهذا التأثير.

في عام 2012، أثبت فريق بحثي في ​​اليابان أن الجرافيت المُحلل حرارياً يستجيب لضوء الليزر أو ضوء الشمس الطبيعي القوي بدرجة كافية، وذلك بالدوران أو الحركة في اتجاه تدرج المجال المغناطيسي. ^{[ 3 ] [ 4 ]} تضعف قابلية الكربون المغناطيسية عند تعرضه لإضاءة كافية، مما يؤدي إلى عدم توازن في مغنطة المادة وحركتها عند استخدام شكل هندسي محدد.

قد يكون الكربون الناتج عن التحلل الحراري مسؤولاً عن "الأشعة" الغامضة في حلقات زحل. فمن خلال الترسيب الكيميائي للبخار على السيليكات في الحلقة B لزحل، يمكن تحويل غاز الميثان عند درجات حرارة عالية (1400 كلفن) إلى كربون ناتج عن التحلل الحراري. وبسبب هذا الغلاف الكربوني شديد المغناطيسية المعاكسة، والذي يتفاعل مع المجال المغناطيسي الاستوائي لزحل، يمكن لحبيبات السيليكات أن تطفو فوق وتحت مستوى الحلقة. وعند تعرضها لأشعة الشمس، تفقد الحبيبات المغلفة بالكربون الناتج عن التحلل الحراري إلكترونات بسبب التأثير الكهروضوئي، فتصبح مغناطيسية مسايرة، ثم يجذبها المجال المغناطيسي الاستوائي نفسه إلى بنية الحلقة الرئيسية. ^{[ 5 ]}

• يستخدم بدون تقوية في مخاريط أنف الصواريخ ومحركات الصواريخ التبخرية (المبردة بالتبخر) .
• في شكل ألياف، يتم استخدامه لتقوية المواد البلاستيكية والمعادن (انظر ألياف الكربون والبلاستيك المقوى بالجرافيت ).
• تستخدم المفاعلات النووية ذات الطبقة الحصوية طبقة من الكربون المحلل حرارياً كمعدل للنيوترونات للحصى الفردية.
• تُستخدم لتغطية أنابيب الجرافيت في أفران الامتصاص الذري ذات الفرن الجرافيتي لتقليل الإجهاد الحراري، وبالتالي زيادة عمر أنابيب الجرافيت.
• يستخدم الكربون المحلل حرارياً في العديد من التطبيقات في إدارة الحرارة الإلكترونية: مادة الواجهة الحرارية، وموزعات الحرارة (الصفائح) ومشتتات الحرارة (الزعانف).
• يُستخدم أحيانًا في صناعة غليون التبغ .
• يُستخدم في تصنيع هياكل شبكية في بعض أنابيب التفريغ عالية الطاقة .
• يُستخدم كجهاز أحادي اللون لدراسات تشتت النيوترونات والأشعة السينية.
• صمامات القلب الاصطناعية
• الطرف الاصطناعي لرأس الكعبرة ^{[ 6 ]}
• كما يُستخدم في صناعات السيارات حيث تكون هناك حاجة إلى مقدار معين من الاحتكاك بين مكونين.
• يستخدم الجرافيت البيروليتي عالي التوجيه (HOPG) كعنصر تشتيت في مطياف HOPG، والذي يستخدم في قياس الطيف بالأشعة السينية.
• يُستخدم في معدات الحماية الشخصية. ^{[ 7 ]}