مقدمه ای بر مواد کربن سخت

کربن سخت: نوعی کربن است که حتی در دماهای بالای 2500 درجه به سختی گرافیت می‌شود که به دلیل سختی مکانیکی بالای آن نامگذاری شده است. شکل کربن سخت می تواند کروی، خطی یا متخلخل باشد. پیش سازهای کربن سخت عموماً مواد گرما سخت هستند، بنابراین معمولاً قادر به حفظ مورفولوژی پیش ساز در طول فرآیند سنتز مواد هستند. پس از کربن‌سازی در دمای بالا، ورقه‌های گرافن کوتاه (که به‌عنوان حوزه‌های گرافیت یا شبه گرافیت نیز شناخته می‌شوند) در کربن سخت به‌صورت مرتب در برد کوتاه مرتب می‌شوند و یک پشته محدود از 2 تا 6 لایه، با طول تا 40 Å را تشکیل می‌دهند. .
چندین پیش ساز زیست توده کربن سخت
1. پوسته نارگیل
پوسته نارگیل پوست داخلی نارگیل با بافتی سخت است و عموماً در تولید رگ‌ها، صنایع دستی و کربن فعال استفاده می‌شود. کربن سخت مبتنی بر پوسته نارگیل دارای ساختار منافذ توسعه یافته، محتوای خاکستر کم و نسبت H/C به O/C است که آن را به یک ماده الکترود منفی ایده آل تبدیل می کند. در حال حاضر پیشرفت صنعتی آن زود است و عملکرد آن خوب است. مناطق اصلی تولید نارگیل عبارتند از سریلانکا، مالزی، هند و فیلیپین. تعداد کمی مزرعه در مناطقی مانند هاینان و تایوان در چین وجود دارد که استان هاینان بیش از 99 درصد از سطح کاشت داخلی را به خود اختصاص داده است. علاوه بر این، در مقایسه با مناطق تولید نارگیل مانند فیلیپین و اندونزی، استان هاینان در چین دارای عرض جغرافیایی بالاتر، زمان و شدت آفتاب ضعیف تر، پوسته نارگیل نازک تر، سختی کمتر است و ماده ای برای تولید مواد کربنیزه پوسته نارگیل نیست. پوسته نارگیل در آسیای جنوب شرقی به طور کلی توسط شرکت ها تولید می شود.
2. نشاسته
نشاسته یکی از مواد زیستی فراوان تجدیدپذیر است که به طور گسترده در گیاهان مختلف وجود دارد. به عنوان یک پلی ساکارید معمولی، نشاسته دارای ترکیب ساده، محتوای کربن بالا و قیمت پایین است. در عین حال، در مقایسه با سایر پیش سازهای زیست توده، نشاسته یک شکل کروی طبیعی از خود نشان می دهد که آن را به یک ماده پیش ساز بسیار رقابتی برای تهیه کربن سخت تبدیل می کند. نشاسته به عنوان یک محصول صنعتی دارای عرضه داخلی کافی و خلوص بالا می باشد. نشاسته یک کربوهیدرات ارگانیک با مولکولی بالا با خلوص بالا است. هنگامی که از ترکیبات پلیمری آلی به عنوان منابع کربن سخت استفاده می شود، می توان آنها را با روش های سنتز خاصی ترکیب کرد تا مواد کربن سخت با مورفولوژی های خاص به دست آید. فرآیند سنتز اغلب پیچیده است، اما می تواند از ناخالصی ها جلوگیری کند و از ثبات ساختاری اطمینان حاصل کند.
3. بامبو Moso
بامبو Moso گیاهی از خانواده Poaceae، متعلق به سرده Corydalis است. شکل میله ای ضخیم و سریع دارد و می تواند پس از 5-8 سال به طور پایدار رشد کند. این یک گونه بامبو با ارزش اقتصادی است و به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز، صنعت کاغذ سازی و سایر زمینه ها استفاده می شود. چین منابع جنگلی فراوان بامبو دارد. چین زادگاه بامبو است و تولیدات فراوانی دارد. نتایج نهمین فهرست منابع جنگلی ملی نشان می دهد که مساحت جنگل بامبو در چین 6.4116 میلیون هکتار است که 72.96 درصد از آن را جنگل بامبو تشکیل می دهد. بامبو Moso عمدتاً در حوضه رودخانه Qinling Han و منطقه جنوبی حوضه رودخانه Yangtze در چین توزیع می شود.
4. نی
کاه، به عنوان ضایعات کشاورزی، منابع فراوانی دارد. چین یک کشور کشاورزی بزرگ است و محصولات پرمحصول مانند گندم، ذرت و برنج هر ساله مقدار زیادی از منابع کاه زیست توده را فراهم می کند. در سال 2020 تولید داخلی کاه زراعی 792 میلیون تن بوده که از این میزان 667 میلیون تن به عنوان منابع قابل جمع آوری بوده است. کاه، به عنوان ضایعات کشاورزی، از دیرباز عمدتاً برای گرمایش انرژی، خوراک دام و کودهای آلی استفاده می شده است. در این میان، مصرف کود 51.2 درصد در سال 2020 بوده است.