1、什么是氟化石墨
氟化石墨是石墨碳與氟直接反應而制得的一類(lèi)層間化合物，其化學(xué)結構式可用（CFx）n表示，其中F/C比（x）為不定值，變化區間為0<x<1.25。氟化石墨的性質(zhì)隨分子中x值而不同，x=1-1.25稱(chēng)為高氟化度石墨，x=0.5-0.99被稱(chēng)之為低氟化度石墨，氟化石墨顏色隨著(zhù)氟含量的增加，由灰黑色變?yōu)檠┌咨?/span>
高氟化度石墨具有優(yōu)良的熱穩定性，是電和熱的絕緣體，不受強酸和強堿的腐蝕，潤滑性能超過(guò)MoS2和鱗片石墨。
由于氟化石墨具有許多優(yōu)異性能，在軍事、航空、航天、冶金、機電、化工及特種材料領(lǐng)域具有廣泛應用，是當前最具經(jīng)濟前景的新型石墨制品。
2、氟化石墨的合成方法
?。?）直接合成法
固體碳和氣體氟在一定的范圍內加熱反應，這一工藝其原料只涉及固體碳和氣體氟兩種，外界條件只有溫度反應效果的好壞，只和反應物本身和反應條件有關(guān)，此是最早的合成方法，也是最成熟的工業(yè)生產(chǎn)方法。
（2）催化合成法
在石墨和氟氣的反應系統中，如果有微量的金屬氟化物存在時(shí)，則在低于正常條件下也能實(shí)現氟化，金屬氟化物在這里起到了催化作用制得的氟化石墨中，含有微量的金屬氟化物，雖然量微，卻改變了氟化石墨的性質(zhì)，特別是導電率提高了一個(gè)數量級。
（3）固-固合成法
該法利用固體含氟聚合物和石墨混合，在惰性氣體中加熱至260℃制得氟化石墨，這一合成方法在安全性上得到改善，但氟化程度較低，產(chǎn)品不均勻。
?。?）電解法
將碳素或石墨材料在無(wú)水氫氟酸中電解，就可生成新的氟化石墨，即在陽(yáng)極和陰極之間使氫氟酸循環(huán)，這樣可以連續地合成氟化石墨，本方法通過(guò)控制反應液的濃度、電解溫度和導電劑添加量等實(shí)現的，但氟化程度較低，產(chǎn)物F/C不均勻，該法的工藝仍在進(jìn)一步完善之中。
雖然氟化石墨的研究始于一個(gè)世紀以前，但工業(yè)化技術(shù)只是被美國、日本等少數幾個(gè)公司掌握，我國氟化石墨尚未實(shí)現工業(yè)化，目前，氟化石墨的價(jià)格在1030萬(wàn)美元/噸。
3、氟化石墨的用途
?。?）固體高效潤滑劑
高氟化度石墨比原石墨、二硫化鉬（MoS2）等具有更高的潤滑性，這種高氟化石墨的結構為交錯層狀，面層碳原子2p電子參與Sp3雜化與氟原子形成共價(jià)鍵，從而使氟化石墨失去了部分導電性。層面的上下表面密布結合著(zhù)氟原子，由于氟原子的電負性，相鄰層面的氟原子之間存在著(zhù)斥力，使碳層的層間距由石墨的3.35Å伸展至7.08Å，層間能由石墨的39.681 kJ/mol降至8.365kJ/mol，因此層面容易滑動(dòng)，潤滑性更強。
實(shí)驗表明：在高溫、高壓及高載荷（882kg/cm2）條件下，高氟化石墨仍然保持良好的潤滑性能，因此被稱(chēng)為“潤滑之王”。
通過(guò)電解熔鹽KF•2HF制取氟氣，再將氟氣與石墨在500℃時(shí)進(jìn)行反應，制備出了氟化石墨材料，并對氟化石墨、石墨、二硫化鉬進(jìn)行摩擦因數測試。結果發(fā)現氟化石墨摩擦因數小于石墨和MoS2，證明了氟化石墨的確有優(yōu)良的潤滑性能
（2）高能量密度鋰氟化碳電池電極材料
氟化石墨具有很好的化學(xué)、熱壓穩定性，表面能極低，電活性極高，適合作高能電池陽(yáng)極材料CF0.5-0.99的氟化石墨最適合做高能電池陽(yáng)極材料，含氟量高有利于減少陽(yáng)極體積，使電池小型化。
最近幾年，鋰氟化碳電池電極材料成為氟化石墨的最大應用領(lǐng)域。
高氟化石墨CF1.1-1.26雖然含氟量高，卻由于電阻率過(guò)大，需要加入離子導電劑Li。采用低氟化石墨作為鋰電池電極材料，原位合成鋰氟電極。研究表明，該反應具有適用溫度范圍廣，放電電動(dòng)勢高且平穩，高能量密度，安全環(huán)保，自放電慢，使用壽命可達10年以上。
利用氟氣與氦氣的混合氣體在不同的溫度下制備功能化氟化石墨，分別制備出了氟碳比為0.89、0.66和0.47的氟化石墨。結果表明：性能最佳的氟化石墨的氟碳比為0.47，其放電電壓最高可達到2.8V，制備的氟碳比為0.89的氟化石墨，其比容量可達到721mA/g。
?。?）疏水防油材料
由于氟原子的引入，氟化石墨的表面吉布斯自由能顯著(zhù)降低，層間能非常小，完全不為水所濕潤。氟化石墨是一種最憎水的材料之一，這是因為它的強共價(jià)性和C-F健低極化所致。
比如在石蠟上水的接觸角為90°-100°，即便是目前最難潤滑的聚四氟乙烯，其接觸角也只有110°左右，而水對氟化石墨的接觸角卻高達145°左右，所以氟化石墨可以用作高性能防水劑或疏水材料。
（4）氟化石墨纖維散熱材料
氟氣與石墨纖維反應制成的氟化石墨纖維，可以用來(lái)制造電子測試器的散熱材料。
（5）吸音材料
氟化石墨涂于有機物的表面可制得吸音材料，用于內燃機及其他尾氣排放處，減少噪聲污染。
（6）脫模劑和研磨劑
氟化石墨的低表面能使它可用于為模鑄、膠合板成型、粉末成型、燒結精壓及塑料金屬模的脫模劑，并可作研磨劑，用于光學(xué)器件的研磨。
（7）堿性鋅錳電池正極添加劑
氟化石墨還可以堿性鋅錳電池的正極添加劑，氟化石墨能夠顯著(zhù)地提高電池的放電容量，其最佳的添加劑含量為5%，不同氟化度的氟化石墨增加電池放電容量的幅度也不同，其中含氟量為35%時(shí)效果最佳。
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