中國粉體網(wǎng)訊 氟化石墨是石墨的一種深加工產(chǎn)品，是當(dāng)前最具經(jīng)濟前景的新型石墨制品之一。氟化石墨是石墨碳與氟直接反應(yīng)而制得的一類層間化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式可用(CFx)n表示，其中F/C比(x)為不定值，變化區(qū)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稱為高氟化度石墨，x=0.5~0.99被稱之為低氟化度石墨，氟化石墨顏色隨著氟含量的增加，由灰黑色變?yōu)檠┌咨?br/>
高氟化度石墨具有優(yōu)良的熱穩(wěn)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(yīng)用前景。近些年，氟化石墨的價格在10~30萬美元/噸。
1、氟化石墨的應(yīng)用領(lǐng)域
（1）高性能電池材料
由于氟化石墨表面能低，電活性極高，可作為電池的活性材料，在一次鋰離子電池中應(yīng)用較廣泛，許多研究者在此方面進行了相關(guān)的研究。氟化石墨主要與鋰或含鋰的有機溶劑混合制成高性能鋰電池。除了作為鋰電池正極材料外，氟化石墨還可作為高能量密度鎂電池、鋁離子電池正極材料等。
近些年，鋰氟化碳電池電極材料成為氟化石墨的最大應(yīng)用領(lǐng)域。Meduri等人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，研究了不同氟碳比對鋰電池放電性能的影響，結(jié)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−1。
（2）固體潤滑劑或潤滑添加劑
例如：高溫高壓潤滑部位潤滑脂的添加劑，壓蓋填料的潤滑劑，往復(fù)式泵、旋轉(zhuǎn)泵、攪拌機和各種閥的壓蓋填料潤滑劑等等這些地方都可以用氟化石墨。而且在汽車和飛機引擎上氟化石墨作為潤滑劑的使用也逐漸被重視起來，需要注意的是，氟化石墨不是單獨使用，而是懸浮油中或添加于汽油中使用。一旦被推廣使用，那么氟化石墨的需求量將大大增加，日本的中央硝子公司已經(jīng)可以生產(chǎn)懸浮氟化石墨。
（3）脫模劑
由于氟化石墨具有低表面能的特點，所以各類材料的模壓都能用它。例如將(CF)n-Ni復(fù)合膜涂在揚聲器模型表面，模制揚聲器脫模會變得容易，而且膠合板成形、粉末成型、燒結(jié)精壓、塑料、模鑄等方面的金屬�？梢杂梅鳛槊撃诠鈱W(xué)研磨中也能夠作為研磨劑。
（4）疏水防油材料
（5）復(fù)合材料
含氟化石墨的復(fù)合儲氫材料有較好的中低溫放氫動力學(xué)特性和較高的放氫容量，可應(yīng)用于小型移動設(shè)備、筆記本電源、獨立電堆系統(tǒng)的供氫源等領(lǐng)域；或制成其他復(fù)合材料，如氟化石墨/聚噻吩新型材料、聚苯胺/氟化石墨新型材料等，使用在導(dǎo)電材料、電池、電顯器、靜電屏蔽和微波吸收等方面。
（6）其它應(yīng)用
除此以外，基于氟化石墨的特殊性能，還可將氟化石墨涂覆于物質(zhì)表面制成吸音材料；作為核反應(yīng)堆的減速劑、涂敷材料和反射材料等，阻礙相應(yīng)物質(zhì)的吸附；用于內(nèi)燃機及其產(chǎn)生的廢氣排放管處，以降低噪音等。
2、氟化石墨的技術(shù)發(fā)展
氟化石墨的研究始于一個世紀(jì)以前，但工業(yè)化技術(shù)只是被美國、日本等少數(shù)幾個公司掌握。1914年，Ruh等人通過控制爆炸和燃燒反應(yīng)，合成了灰色的氟化石墨(CF0.29)n。
1947年，Rüdorff通過嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，在410~500℃條件下合成了氟化石墨(CF0.67-0.985)n，該化合物顏色隨氟含量的增加，從灰色變?yōu)榘咨?br/>
后來，Potim等在420~450℃條件下合成了(CF1.04)n高氟化度石墨。Toyonosuke等人則通過控制F2中HF的含量制備出了(CF1)n的白色氟化石墨，并得出氟化度接近于1:1的最佳反應(yīng)條件，即：HF的含量為1%~3%，反應(yīng)溫度為350~400℃，反應(yīng)時間為5~7h。
到了20世紀(jì)80年代，日本的Nakajma等人在低溫下先后用A1F3和MgF2加入到氟氣與石墨的反應(yīng)體系中，制得了氟化石墨，并獲得了C6F(A1F3)0.6和Cx F(MgF2)y等Al，Mg插入化合物。
3、氟化石墨的合成工藝
（1）高溫合成法
這是氟化石墨合成中最常用的方法，在一定溫度下讓石墨和氟氣直接反應(yīng)。石墨成粉狀裝入反應(yīng)容器中，在通入氟氣之前先進行活化，然后通入幾個小時的干燥氮氣，反應(yīng)物中的揮發(fā)性雜質(zhì)被除去，最后才能通氟氣，反應(yīng)溫度為300~600℃，反應(yīng)時間1~200h不等，石墨原材料類型和反應(yīng)時間、溫度決定了制得的氟化石墨的成分。分子結(jié)構(gòu)中C/F的值隨反應(yīng)溫度的變化而變化。
（2）低溫合成法
（3）催化合成法
催化合成法是指當(dāng)存在金屬氟化物(如LiF)時，石墨與氟氣的反應(yīng)可在低于300℃的溫度條件下順利進行。其中，金屬氟化物主要起到催化作用，并且金屬氟化物的存在可以提高氟化石墨的某些性能，如電導(dǎo)率。
金屬氟化物的添加可以加快合成速度，改善反應(yīng)條件，但對原料的純度要求較高。如石墨固定碳含量要求大于99.4%；氟氣純度要求99.4%～99.7%，其中N2的含量小于0.3%～0.6%，HF的含量小于0.01%；CuF2、AlF3等金屬氟化物的純度要求大于98%。同時，要考慮氟氣的危害性，確保反應(yīng)安全進行。
（4）電解合成法
在電池兩極中間，因為電場的影響，石墨和氫氟酸被電解，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能夠生成氟化石墨，通過反應(yīng)液濃度、反應(yīng)溫度和電解質(zhì)量能夠控制電解過程的進行。但氟化程度較低，產(chǎn)物F/C不均勻，該法的工藝仍在進一步完善之中。
（5）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。
4、小結(jié)
氟化石墨的合成設(shè)備、反應(yīng)條件及原料性質(zhì)等方面的進一步優(yōu)化對完善高效、安全、環(huán)保的生產(chǎn)工藝具有十分重要的作用，也是進一步拓展氟化石墨應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)。
作為一種高技術(shù)、高效益的精細功能材料，氟化石墨具有一系列獨特的物理化學(xué)性能，可以預(yù)見其應(yīng)用范圍將不斷擴大。目前，美日等國已形成了產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，但我國氟化石墨距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化尚有一段距離。
參考來源：
饒娟，等：天然石墨利用現(xiàn)狀及石墨制品綜述
樸正杰，等：氟化石墨的加工技術(shù)及其應(yīng)用新進展
姚軍：氟化石墨合成新技術(shù)及應(yīng)用研究
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