탄화와 흑연화 공정

200ºC~
pyrolysis가 시작되며 저분자 aliphatic 사슬와 저분자 aromatic 사슬이 떨어진다.
탄소 간 결합이 증가하며 고리구조가 형성되기 시작한다.

600ºC~
CH4와 함께 산소와 질소 작용기가 CO2, CO, (CN)2의 형태로 떨어진다.

1000ºC~
H2가 주로 방출되며 탄소 간 네트워크 구조가 형성되고
polycondensation이 활발히 진행돼 거시적인 크기가 수축된다.

1300ºC~
대부분의 heteroatom이 떨어졌고, 결정화되기 시작한다.
2500ºC 이상의 온도에서 완벽한 흑연 결정이 형성된다.

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Gas phase 경유하는 Carbonization

탄화수소 가스가 고농도인 경우 carbon black이 형성되고
저농도인 경우 pyrolytic carbon이 형성된다.

particle size, particle structure, surface chemistry에 따라 특성이 좌우된다.

 

Solid phase 경유하는 Carbonization

천천히 가열하면 무작위 배향되고 dead pore가 많은 glass-like carbon이 형성되고
빠르게 가열하면 crack이 발생해 pore가 많은 활성탄이 형성된다.

 

Liquid phase 경유하는 Carbonization

액정을 경유하는 경우 배향을 일정하도록 유도할 수 있다.

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탄화가 진행되면서 Glassy carbon의 경우 XRD에 noise가 형성된다.
Raman spectroscopy에서는 G band에 추가로 D band와 D' band를 가진다.
점차 흑연이 되면서 noise가 사라지고, 특징적인 peak만 남는다.