氟化石墨

氟化石墨是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭／石墨材料研究热点之一，其性能卓越、品质独特，是功能材料家族中的一朵奇葩。氟化石墨是一种从灰色到白色的无机高分子化合物粉末，许多学者认为氟化石墨中氟与碳的比例随反应条件的不同而在0.5～1.2之间变化，产品颜色相应也由灰白到雪白。1、直接合成工艺。石墨与气体氟在350～600℃内在反应器中加热合成，最早采用的合成方法。设备为立式振动反应器或氟化器，能自动控制加热温度、氟气和惰性气体的给入。
2、催化剂合成工艺。在石墨与氟的反应系统中加入微量金属氟化物(LiF、
MgF2、AlF3和CuF2)作催化剂，合成可在300℃以下进行。由于微量金属氟化物的加入，使氟化石墨性质有所改变，电导率提高一个数量级。要求石墨和氟气纯度均在99.4%以上，催化剂纯度大于98%。所用设备与直接合成法相同。
3、固体氟化物合成工艺。上述两种方法所用气体氟毒性和腐蚀性极强，反应又需高温。固体合成工艺是用含氟固体聚合物(如四氟乙烯、六氟丙烯、聚乙酸乙烯树脂萤石和乙烯基萤石等制成的聚合物)与石墨混合，在氦、氖、氩、氮等惰性气氛下，加热至320～600℃，在管式电炉中的石英管内制得氟化石墨。其原则工艺流程如图10-20所示。石墨与水悬浮液和聚四氟乙烯按1∶10的比例混合后，经过滤干燥进入管式电炉加热，经30min到1h取出冷却。 4、电解法合成工艺。用电解的方法，将石墨在无水氢氟酸中电解，生成新的氟化石墨。即在电场中，在阳极和阴极之间，使石墨与氢氟酸进行循环电解生成氟化石墨。
电解装置由镍板制的阳极和阴极、循环管和循环泵、聚四氟乙烯制成的多孔隙隔板、排气管、直流电源等组成。在两电极的电解区内盛有石墨和氢氟酸悬浮液，在循环泵作用下成闭路循环流动。悬浮液中，石墨固体含量10%，氢氟酸含水1%，在氩气氛电解槽内温度-20℃，施加电压8V，平均电流密度5A/cm2。两极板间距约5mm，其间放置隔板后，阳极和阴极距隔板分别为2mm和3mm，在隔板与隔板之间形成闭路循环。反应完毕，排出含石墨的氢氟酸悬浮液并过滤分离出氟化石墨，液体返回再用，边排放边加入新的待反应悬浮液。  

日本渡边信淳提出，氟化石墨只有(CF)n 和(C2F)n两种，化学分析得出氟碳比为0.58～1.2的 结果是因反应条件不同而使产品中(CF)n与(C2F)n的 比例不同，以及碳层边缘吸附有一定量的=C和—CF3所致，氟化石墨是六方晶系层状结构。氟化石墨是氟元素与石墨合成的一种层间化合物，与石墨相比，其电子结构、晶格常数均发生了变化。氟化石墨的晶体结构见下图， 氟化石墨中C—C键长由石墨C—C键长的0.142nm 扩张到0.152nm，同时由于氟原子的电负性，使氟化石 墨的层间距离由石墨的0.336nm伸展到0.708nm，这使其成为由范德华力联系的典型分子晶体。由于范德华半径的不固定性及氟化程度的不同，文献中报道氟化石墨细层间距为0.6～0.9nm。

1、耐化学腐蚀性好。在室温时耐化学腐蚀性比聚四氟乙烯要好。对浓硫酸和浓硝酸也很稳定，不溶于各类有机溶剂。但热浓硫酸、热碱对它有一定侵入，并在高温下与碱金属，碱卤化合物反应生成氟化碱和无定形碳。
2、热稳定性好(高于500℃才有少量失重)。
3、润滑性能好，是润滑脂类和固体润滑剂(二硫化钼、石墨等)中摩擦系数
最低的，在27～344℃内，摩擦系数仅为0.10～0.13。
4、电绝缘性好，(CF)n电阻率达3×103Ω/cm以上.
5、莫氏硬度为1.0～2.0
6、粒度分布很广，从1μm以下到数个毫米以上。1、作固体润滑剂。氟化石墨层间的结合能极小，为8.4kJ/mol，润滑性极佳，且不受氧化、还原及真空等气氛影响，且可从低温到高温很广的范围内使用。其摩擦系数小于黄油的摩擦系数，是一种极佳的润滑材料。
2、作为电池活性物质。氟化石墨作为电池活性物质制成的电池具有高的电压(公称电压为3V)，高的能量密度，优良的贮藏性及广阔的使用温度范围。
3、作低表面能物质应用。在胶合板制造过程中，用氟化石墨涂布可防止黏结剂的粘附，延长洁净处理周期。
4、少量的氟化石墨即可防止液体在多孔材料中的浸透。电镀金属时，氟化石墨共析出的电极表面不产生物质粘附，并且这种电极在电解水和非水溶剂混合液时，只对非水系进行电解。外观：灰白色粉末
厚度：＜10nm
片径：0.5-10μm
氟含量：50-60wt%高温固体润滑剂、高能锂电池的阴极材料及新型电导材料等。用作高能一次电池正极材料和固体润滑材料

1.用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接进行氟化反应而得。或者采用以石墨为阳极，氟氢酸为阴极的电解方法。

2. 用碳或石墨和元素氟在300～600℃直接进行氟化反应而得。