5能材料——氟化石墨合成新技术的研究.pdfVIP

新型功能材料— 氟化石墨合成新技术的研究 夏金童 征茂平△ 刘其城 刘槐清 周声TV) 陈宗璋 (湖南大学化学化工学院，长沙410012) (△上海交通大学金属基复合材料国家重点实验宝，上海200030) 摘要;在非氧化性气氛下，用含氟聚合物 (FP)和天然鳞片石墨直接进行高温合成反应，成 功制得了灰白色氟化石墨。反应温度为500C，所合成的氟化石墨密度是2.52g-mc ，电阻 本为3.1X10352·cm,F/C值为。.80，在波数1219cm-，和1350cm“有F-C共价键红外光谱吸 收蜂，另外，(002)X射线衍射峰强度变小 (001)和 (100)衍射峰变宽且强度增大，这些 指标和特征与 “气相法”工艺合成的氟化石墨相吻合。“固相法”新技术方法简单、安全、成 利 氏，无需剧毒单质气体氟源作主要原料。 关键词:氟化石墨 合成 新技术 引言 氟化石墨具有层状结构，其层间键能(约8.4kJ-mo}一)‘远较石墨层间键能(约37.6kJ-mor) 为了田”，作为固俐闰滑剂，氟化石墨优于石墨和二硫化铝，且不受使用环境和对偶材料的影响， 因此氟化石墨被国内外相关研究者和使用者称为划时代的新型固体润滑剂+)。另外，利用氟化 石墨作活性材料可开发出高能逞理电池，其能量密度是锌锰碱性电池的5刃倍(31，已引起各国 电化俘项开究剧门的极大兴趣。因氟化石墨具有独特的物理化学性能，其还有一系列新用途。 由于氟化石墨属高科技功能材料产品，加之其关键技术被日、美等先进工业发达国家所垄 断，90年代初，其价格侮克高于 1美元，目前仍十分昂贵14.5)氟化石墨主要采用窗荻气与石墨 在高定昆一下合成伟咯，其基本原理如下5[,61:7Ic61)十rul2乓气，.(CFN)。、固).由于使用了剧毒 单质氟气作为关键原料，该方法亦称 “气相法”工艺。氟属卤族元素中电子亲合力和电离势 最大的元素，是最强的氧化剂，其化学性质极为活泼，能与绝大多数元素发生剧烈反应，甚至 在一200℃以下，氟与氢相遇也会发生剧烈爆炸反蒯，)。气体氟溺卜般通过电解氟化氢制得 〔目 前国内无厂家供货)，在电解制氟过程中以及 “气相法”合成氟化石墨过程中，极易发生爆炸 和氟气泄漏事故，故 “气相法”合成IL艺原理虽简单，但设备要求苛刻复杂，安全保障严格。 目前，国内尚无氟化石墨产品可供。 本研究摒弃了 “气相法”-L艺必不可少的危险性极大的剧毒关键原料— 单质气体氟， 而研究创造了 “固相法”新技术，并成功合成制得了氟化石墨。该技术安全、简单，成本低， 迄今尚未见到国内W 究论文报道。 2 实验 2.1原料制备与处理 天然鳞片石墨经细磨，要求粒度40um.然后用氢氟酸浸泡，洗涤至洗液州值为7。最 终含碳量?99.7%。在合成前将石墨放在真空下加热至4000C，保温3小时，以除去吸附在石墨 表面的空气、水等杂质。含氟聚合物 (FP)原料放入沸水中煮沸1小时，以除去无机盐等杂 质，烘干后备用。 2.2合成反应 把预处理好的石墨粉与含氟聚合物 (即)粉末按一定比例充分搅拌混合均匀，然后压成 片状样，将压片放入镍舟中并装入不锈钢管内，再将其置于改装的电炉中。在氮气压力大于 0,5MPa非氧化性气氛下，对反应物加热进行合成反应，炉温控制在450-550*C，反应2小时 后，电炉停止加热，同日d将氮气压力降为 。.2MPa刘产物进行冷却。利用氟化石墨憎水性极强 的性质，将出炉的产物经过浮选处理，即可得到较为纯净的氟化石墨。 与石墨反应的氟原子来自含氟聚合物 (FP)的高温裂解，氟化反应开始时主要发生在反 应原料的两颗粒接触面上，表面反应完成后，氟原子将向石墨粒子内部层间扩散推进。 (002) (001) II(002) 1350 (100) 1219 1筋丁一两万~万400 1200 1000 800 10 15 20 25 30 ,3540 45 5