氟化石墨,中文別名聚氟化碳,是現(xiàn)今國際上高科技、高性能、高效益新型炭/石墨材料研究熱點之一,其性能卓越,品質(zhì)獨特,是功能材料家族中一朵奇葩.
氟化石墨分子式是CH4F2,分子量54.0393,呈白色粉末狀.從結(jié)構(gòu)上看是氟進(jìn)入到石墨六碳環(huán)平面層之間,與石墨相似,故稱氟化石墨.其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)隨反應(yīng)溫度及原料晶型結(jié)構(gòu)不同而不同.氟化石墨出現(xiàn)之前,固體潤滑劑主要是石墨和二硫化鉬,石墨在有空氣或水蒸氣存在時,具有良好潤滑性能,而在真空或還原性氣氛下,潤滑性能大為降低,二硫化鉬在空氣等氧化性氣氛下,與氧墳塋生成三氧化鉬,使原來二維層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu),因而潤滑性急劇下降.氟化石墨摩擦系數(shù)比石墨和二硫化鉬低,且不受環(huán)境氣氛影響,作為固體潤滑劑,氟化石墨優(yōu)于二硫化鉬.
從石墨、石墨層間化合物、氟化石墨等結(jié)構(gòu)來論述氟化石墨優(yōu)良物理化學(xué)性能.
石墨晶體結(jié)構(gòu)
石墨化學(xué)式為碳,晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系,如下圖所示,每個碳原子與三個相鄰碳原子之間距離相等,都為1.42?,單層與層之間距離卻為3.35?.石墨這種結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為在碳原子平面上,SP2雜化軌道電子形成共價鍵與P軌道電子形成金屬鍵相連接,形成牢固六角網(wǎng)狀平面,碳原子間具有極強鍵合能;而在碳原子平面之間,其結(jié)合則是極弱范德華力.這種層狀結(jié)構(gòu)特點決定了石墨一系列獨特物理化學(xué)性質(zhì),同時可提供了其他物質(zhì)插入碳原子平面間形成石墨層間化合物可能性.
石墨層間化合物分類

廣義石墨層間化合物可分為兩類,一類是層平面內(nèi)碳原子和層間反應(yīng)物質(zhì),以共價鍵牢固地結(jié)合,這一類化合物由于共價鍵相當(dāng)牢固,從而使石墨失去導(dǎo)電性,變成了絕緣體,因此,將這類化合物稱之為非傳導(dǎo)性層間化合物,氟化石墨屬于這一類.另一類層間化合物是碳層平面和反應(yīng)物之間鍵比較弱,碳原子并不失去芳香族平面性,層間反應(yīng)物也不會失去原有分子性質(zhì),,這類化合物是一種分子化合物,稱之為傳導(dǎo)性層間化合物.另外,按插入層間客體和主體石墨作用,可將石墨層間化合物劃分為:插入物和石墨間有電荷轉(zhuǎn)移,二者之間產(chǎn)生靜電引力(電荷移動型;插入物與碳原子形成共價鍵(共價鍵型).
石墨層間化和物種類繁多,性能各異.它既保留了石墨優(yōu)異物理、化學(xué)特性,同時由于碳原子平面層與插入層物質(zhì)相互作用又出現(xiàn)了一系列新物理、化學(xué)特性,如高導(dǎo)電性、超導(dǎo)性等.