از دریچه‌های قلب تا آسمان‌ها: مروری بر ساختارها، روش‌های ساخت، و کاربردهای متنوع کربن گرماکافتی
محورهای موضوعی : شیمی تجزیه
1 - استادیار شیمی تجزیه، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه قم، قم، ایران
2 - استادیار شیمی‌فیزیک، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه قم، قم، ایران
کلید واژه: کربن گرماکافتی, رسوب‌دهی شیمیایی در فاز بخار, کاشتنی‌های پزشکی, صنایع هوا-فضا, حسگرهای الکتروشیمیایی,
چکیده مقاله :
کربن گرماکافتی به‌طورمعمول با روش رسوب‌دهی شیمیایی در فاز بخار و به دنبال گرماکافت برخی گازهای هیدروکربنی سبک در دماهای بالا در گستره‌ی از حدود 900 تا 2200 درجه‌ی سلسیوس به‌صورت یک پوشش کربنی روی سطح بستر، لایه نشانی می‌شود. این ماده کربنی از جهت ساختاری شامل تعداد زیادی نانوبلورهای گرافیتی یا صفحات گرافیتی با ابعاد چند نانومتر است. به دلیل ویژگی‌های زیست سازگاری، فیزیکی، مکانیکی، مقاومت سایشی و مقاومت اکسایشی بالا در زمینه‌های متفاوتی ازجمله برخی کاشتنی‌های پزشکی (دریچه‌های مصنوعی قلب و مفاصل مصنوعی انگشتان دست)، صنایع هسته‌ای (پوشش ذرات سوخت هسته‌ای در واکنشگاه‌های دما بالای خنک شونده با گاز)، حسگرهای الکتروشیمیایی ولتامتری، دیسک ترمز هواپیما، مواد با مقاومت اکسایشی بالا (پوشش لوله‌های گرافیتی در طیف‌سنجی جذب اتمی کوره گرافیتی) و صنایع هوا-فضا (افشانک موتور و سپر محافظتی نوک برخی موشک‌ها) کاربرد داشته است. در این پژوهش به‌طور خلاصه با معرفی ساختارها و روش‌های ساخت، مروری بر کاربردهای متنوع آن نیز ارائه می‌شود.
[1] Bokros, J.C.; “Deposition, structure, and properties of pyrolytic carbon” in “Chemistry and Physics of Carbon”, Walker, P.L.; (Ed.) Marcel Dekker, New York; 1‒118, 1969.
[2] Oberlin, A.; Carbon 40, 7–24, 2002.
[3] Delhaes, P.; Carbon 40, 641–657, 2002.
[4] Taylor, C.A.; Wayne, M.F.; Chiu W.K.S.; Surf. Coat. Techno. 182, 131–13, 2004.
[5] Vignoles, G.L.; Langlais, F.; Descamps, C.; Mouchon, A.; Poche, H.L.; Reuge, N.; Bertrand, N.; Surf. Coat. Technol. 241, 188–189, 2004.
[6] Hüttinger, K.J.; “Fundamentals of chemical vapor deposition in hot wall reactors” in “World of carbon, Volume 2, Fibers and Composites”, Delhaès P.; (Ed.) Taylor and Francis, London and New York; 75‒86, 2003.
[7] Je, J.H.; Lee, J.Y.; J. Mater. Sci. 20, 839–844, 1985.
[8] Je, J.H.; Lee, J.Y.; Carbon 22, 563‒570, 1984.
[9] Je, J.H.; Lee, J.Y.; J. Mater. Sci. 20, 643‒647, 1985.
[10] Becker, A.; Hüttinger, K.J.; Carbon 36, 177–199, 1998.
[11] Benzinger, W.; Becker, A.; Hüttinger, K.J.; Carbon 34, 957‒966, 1996.
[12] Becker, A.; Hüttinger, K.J.; Carbon 36, 201‒211, 1998.
[13] Becker, A.; Hüttinger, K.J.; Carbon 36, 213‒224, 1998.
[14] Becker, A.; Hüttinger, K.J.; Carbon 36, 225‒232, 1998.
[15] Brüggert, M.; Hu, Z.; Hüttinger, K.J.; Carbon 37, 2021‒2030, 1999.
[16] Antes, J.; Hu, Z.; Zhang, W.; Hüttinger, K.J.; Carbon 37, 2031‒2039, 1999.
[17] Hu, Z.; Hüttinger, K.J.; Carbon 39, 433‒441, 2001.
[18] Benzinger, W.; Hüttinger, K.J.; Carbon 37, 941‒946, 1999.
[19] Benzinger, W.; Hüttinger, K.J.; Carbon 37, 931‒940, 1999.
[20] Benzinger, W.; Hüttinger, K.J.; Carbon 37, 1311‒1322, 1999.
[21] Zhang, Y.-f.; Luo, R.-y.; New Carbon Mater. 27, 42‒48, 2012.
[22] Zhang, M.; Su, Z.; Xie, Z.; Chen, J.; Huang, Q.; Procedia Engin. 27, 847‒854, 2012.
[23] Hao, M.-y.; Luo, R.-y.; Xiang, Q.; Hou, Z.-h.; Yang, W.; Shang, H.-d.; New Carbon Mater. 29, 444‒453, 2014.
[24] Vallerot, J.-M.; Bourrat, X.; Mouchon, A.; Chollon, G.; Carbon 44, 1833–1844, 2006.
[25] More, R.B.; Haubold, A.D.; Bokros, J.C.; “Pyrolytic carbon for long-term medical implants” in “Biomaterials science: an introduction to materials in medicine”, Ratner, B.D.; Hoffmann, A.S.; Schoen, F.J.; (Eds) Elsevier, London; 170‒181, 2004.
[26] Lopez-Honorato, E.; Meadows, P.J.; Shatwell, R.A.; Xiao, P.; Carbon 48, 881‒890, 2010.
[27] Bourrat, X.; Filliona, A.; Naslain, R.; Chollon, G.; Brendle, M.; Carbon 40, 2931–2945, 2002.
[28] Bourrat, X.; Langlais, F.; Chollon, G.; Vignoles, L.G.; J. Braz. Chem. Soc. 17, 1090‒1095, 2006.
[29] Hadi M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; J. Electroanal. Chem. 681, 114–120, 2012.
[30] Hadi M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; Taidy, F.; Malekfa, R.; Electroanalysis 18, 787–792, 2006.
[31] Hadi M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; Sens. Actuat. B 160, 121‒128, 2011.
[32] Vallerot, J.-M.; Bourrat, X.; Carbon 44, 1565–1571, 2006.
[33] Reznik, B.; Gerthsen, D.; Zhang, W.; Hüttinger, K.J.; Carbon 41, 369–384, 2003.
[34] Pfrang, A.; Reznik, B.; Gerthsen, D.; Schimmel, Th.; Carbon 41, 179–198, 2003.
[35] Reznik, B.; Fotouhi, M.; Gerthsen, D.; Carbon 42, 1311–1313, 2004.
[36] Reznik, B.; Norinaga, K.; Gerthsen, D.; Deutschmann, O.; Carbon 44, 1298–1352, 2006.
[37] Reznik, B.; Hüttinger, K.J.; Carbon 40, 617–636, 2002.
[38] Bourrat, X.; “Structure of pyrocarbons” “World of carbon, Volume 2, Fibers and Composites”, Delhaès P.; (Ed.) Taylor and Francis, London and New York; 159‒187, 2003.
[39] Dong, G.L.; Hüttinger, K.J.; Carbon 40, 2515–2528, 2002.
[40] De Pauw, V.; Collin, A.; Send, W.; Hawecker, J.; Gerthsen, D.; Pfrang, A.; Schimmel, Th.; Carbon 44, 3091–3101, 2006.
[41] De Pauw, V.; Kalhofer, S.; Gerthsen, D.; Carbon 42, 279–286, 2004.
[42] Hu, Z.J.; Zhang, W.G.; Hüttinger, K.J.; Reznik, B.; Gerthsen, D.; Carbon 41, 749–758, 2003.
[43] Bourrat, X.; Lavenac, J.; Langlais, F.; Naslain, R.; Carbon 39, 2369–2386, 2001.
[44] Chen, J.; Xiong, X.; Carbon Sci. 8, 25‒29, 2007.
[45] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; Electroanalysis 23, 2011, 1497–1505.
[46] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; J. Electroanal. Chem. 727, 13–20, 2014.
[47] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; Carbon‒Sci. Technol. 2, 93‒97, 2009.
[48] Hadi, M.; Anal. Methods 7, 8778‒8785, 2015.
[49] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Yousefi, M.; J. App. Electrochem. 42, 179‒187, 2012.
[50] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Taidy, F.; Yousefi, M.; Electroanalysis 19, 668–673, 2007.
[51] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Anal. Chim. Acta 721, 55–60, 2012.
[52] Hadi, M.; Rouhollahi, A.; Electrochim. Acta 58, 647–653, 2011.
[53] Keeley, G.P.; McEvoy, N.; Nolan, H.; Kumar, S.; Rezvani, E.; Holzinger, M.; Cosnier, S.; Duesberg, G.S.; Anal. Methods 4, 2048‒2053, 2012.
[54] Nolan, H.; McEvoy, N.; Keeley, G.P.; Callaghan, S.D.; McGuinness, C.; Duesberg, G.S.; Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 18688‒18693, 2013.
[55] Keeley, G.P.; McEvoy, N.; Kumar, S.; Peltekis, N.; Mausser, M.; Duesberg, G.S.; Electrochem. Commun. 12, 1034–1036, 2010.
[56] High Temperature Gas Cooled Reactor Fuels and Materials, IAEA, VIENNA, 2010
[57] Abitzer, C.; et al.; “CVD Coating in Fluidized-Bed Furnace: Pyrolytic Carbon and SiC Deposition”, Eurocourse on coated particle fuel, Petten, NL; 2007.
[58] Sturgeon, R.E.; Chakrabarti, C.L.; Anal. Chem. 49, 90–97, 1977.
[59] Norval, E.; An Hadi, M.; Rouhollahi, A.; al. Chim. Acta, 181, 169‒178, 1986.
[60] Clyburn, S.A.; Kantor, T.; Veillon, C.; Anal. Chem. 46, 2213‒2215, 1974.
[61] Thompson, K.C.; Godden, R.G.; Thomerson, D.R.; Anal. Chim. Acta 74, 289‒297, 1975.
[62] Manning, D.C.; Ediger, R.D.; At. Absorpt. Newsl. 15, 42‒44, 1976.
[63] Buckley, J.D.; Ceramic Bulletin 67, 364‒368, 1988.
[64] Pierson, H.O.; “Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes: properties, processing, and applications”, Noyes Publications, New Jersey; 1993.