可膨胀石墨的主要成分是天然石墨(碳元素,C)经过化学处理形成的插层化合物。其核心组成及处理过程如下:
石墨基底
以天然鳞片石墨为主体,层状结构中的碳层通过插层反应引入其他物质。
插层剂
通过酸处理(如浓硫酸、硝酸)或氧化处理,在石墨层间插入化学物质,形成插层化合物。常见插层成分包括:
硫酸盐(如硫酸分子、HSO₄⁻离子)
硝酸盐(如NO₃⁻离子)
氧化物(如通过氧化反应生成的含氧基团)
膨胀机制
高温下插层物质分解(如硫酸分解为SO₃气体),产生气体使石墨层间距急剧扩大(膨胀倍数可达数百倍),形成疏松多孔的蠕虫状结构。
典型示例:
经浓硫酸插层处理的可膨胀石墨,化学式可表示为 Cₙ(HSO₄⁻)(H₂SO₄)ₘ(碳层与硫酸根、硫酸分子结合)。
应用特性:
膨胀后的石墨具有优异的阻燃、密封和吸附性能,常用于防火材料、高温密封件等领域。其核心功能源于石墨的碳骨架与插层剂的协同作用。