carbono pirolítico

El carbono pirolítico es un material similar al grafito , pero con algunos enlaces covalentes entre sus láminas de grafeno como resultado de imperfecciones en su producción.

El carbono pirolítico es artificial y se cree que no se encuentra en la naturaleza. ^{[ 1 ]} Generalmente se produce calentando un hidrocarburo casi hasta su temperatura de descomposición y permitiendo que el grafito cristalice ( pirólisis ).

Un método consiste en calentar fibras sintéticas al vacío , produciendo así fibras de carbono .

Se utiliza en aplicaciones de alta temperatura, como conos de ojivas de misiles , motores de cohetes, escudos térmicos, hornos de laboratorio, en plásticos reforzados con grafito , recubrimiento de partículas de combustible nuclear y en prótesis biomédicas .

Se desarrolló a finales de la década de 1950 como una extensión del trabajo sobre la deposición de vapor refractario de metales. ^{[ 2 ]}

Las muestras de grafito pirolítico suelen tener un único plano de clivaje , similar al de la mica , debido a que las láminas de grafeno cristalizan en un orden planar, a diferencia del carbono pirolítico, que forma zonas microscópicas orientadas aleatoriamente. Por ello, el grafito pirolítico presenta varias propiedades anisotrópicas inusuales . Es más conductor térmico a lo largo del plano de clivaje que el carbono pirolítico, lo que lo convierte en uno de los mejores conductores térmicos planares disponibles.

El grafito pirolítico forma cristales en mosaico con mosaicidades controladas de hasta unos pocos grados.

El grafito pirolítico también es más diamagnético ( χ = −4×10 ⁻⁴ ) frente al plano de clivaje, exhibiendo el mayor diamagnetismo (en peso) de cualquier diamagnético a temperatura ambiente. En comparación , el grafito pirolítico tiene una permeabilidad relativa de 0,9996, mientras que el bismuto tiene una permeabilidad relativa de 0,9998 ( tabla ).

Pocos materiales pueden levitar magnéticamente de forma estable sobre el campo magnético de un imán permanente. Si bien la repulsión magnética se produce de forma obvia y sencilla entre dos imanes cualesquiera, la forma del campo provoca que el imán superior se desplace lateralmente en lugar de permanecer apoyado, lo que imposibilita la levitación estable de los objetos magnéticos (véase el teorema de Earnshaw ). Sin embargo, los materiales fuertemente diamagnéticos pueden levitar sobre imanes potentes.

Gracias a la fácil disponibilidad de imanes permanentes de tierras raras desarrollados en las décadas de 1970 y 1980, el fuerte diamagnetismo del grafito pirolítico lo convierte en un material de demostración conveniente para este efecto.

En 2012, un grupo de investigación en Japón demostró que el grafito pirolítico puede responder a la luz láser o a la luz solar natural suficientemente potente girando o moviéndose en la dirección del gradiente del campo. ^{[ 3 ] [ 4 ]} La susceptibilidad magnética del carbono se debilita con una iluminación suficiente, lo que provoca una magnetización desequilibrada del material y movimiento al utilizar una geometría específica.

El carbono pirolítico podría ser responsable de los misteriosos "radios" en los anillos de Saturno. Mediante la deposición química de vapor sobre silicatos en el anillo B de Saturno, el gas metano a altas temperaturas (1400 K) podría convertirse en carbono pirolítico. Debido a que este recubrimiento de carbono altamente diamagnético interactúa con el campo magnético ecuatorial de Saturno, los granos de silicato pueden levitar por encima y por debajo del plano del anillo. Al exponerse a la luz solar, los granos recubiertos de carbono pirolítico pierden electrones debido al efecto fotoeléctrico, se vuelven paramagnéticos y son atraídos de nuevo hacia la estructura principal del anillo por el mismo campo magnético ecuatorial. ^{[ 5 ]}

• Se utiliza sin refuerzo para las ojivas de misiles y los motores de cohetes ablativos (enfriados por evaporación) .
• En forma de fibra, se utiliza para reforzar plásticos y metales (véase Fibra de carbono y Plástico reforzado con grafito ).
• Los reactores nucleares de lecho de guijarros utilizan un recubrimiento de carbono pirolítico como moderador de neutrones para cada uno de los guijarros.
• Se utiliza para recubrir las cubetas (tubos) de grafito en los hornos de absorción atómica con horno de grafito para disminuir la tensión térmica y, por lo tanto, aumentar la vida útil de las cubetas.
• El carbono pirolítico se utiliza en diversas aplicaciones de gestión térmica electrónica: material de interfaz térmica, difusores de calor (láminas) y disipadores de calor (aletas).
• Ocasionalmente se utiliza para fabricar pipas de tabaco .
• Se utiliza para fabricar estructuras de rejilla en algunos tubos de vacío de alta potencia .
• Se utiliza como monocromador para estudios de dispersión de neutrones y rayos X.
• Válvulas cardíacas protésicas
• Prótesis de cabeza radial ^{[ 6 ]}
• También se utiliza en la industria automotriz, donde se requiere una cantidad determinada de fricción entre dos componentes.
• El grafito pirolítico altamente orientado (HOPG) se utiliza como elemento dispersivo en los espectrómetros de HOPG, que se emplean para la espectrometría de rayos X.
• Se utiliza en equipos de protección personal. ^{[ 7 ]}