中国粉体网讯 材料决定性质，天然鳞片石墨粉(NFGP)和人造石墨粉(AGP)在产业化应用时，必须具有合适的微观结构特征，如比表面积(SSA)、粒度分布(PSD)和灰分含量等。制备石墨粉的原料是天然的片状石墨和人造石墨，用卤素在高温下进行提纯，得到高纯石墨。为满足进一步应用需求，还需对纯化后的石墨进行研磨、分级等处理使石墨粉末具有所需的微观结构和性能，如粒度分布（PSD）、比表面积（SSA）和表观密度。为了降低净化成本，避免污染风险，在石墨粉预处理过程后需进行净化工艺。然而，制备的石墨粉的粒度分布（PSD）、比表面积（SSA）和表观密度等微观结构特征在最终净化过程中或多或少会发生变化。
为了验证纯化后的天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）在微观结构特征上的差异，清华大学核能与新能源技术研究所Xiangwen Zhou通过对天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）净化前后的微观结构特征进行对比分析，得出净化工艺对NFGP和AGP微观结构的影响。结果表明，净化对石墨粉的灰分含量、杂质元素含量、比表面积（SSA）、石墨化程度有较大影响。但纯化对石墨粉的粒度分布（PSD）影响不大。纯化后石墨粉的比表面积（SSA）显著降低，主要是由于BJH吸附量、累积体积和孔隙率的降低。与天然石墨粉（NFGP）相比，经过提纯处理后，人造石墨粉（AGP）的性能和微观结构发生了较大变化，这可能与纯化前人造石墨粉（AGP）的原材料有关。
结果与讨论
1.灰分含量及杂质元素含量
纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）灰分含量（μg/g）
从上表看出，纯化前天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的灰分含量分别为3074μg/g和4226μg/g，纯化后的石墨粉灰分含量明显降低，其中天然石墨粉的灰分含量低于5μg/g而人造石墨粉灰分含量为33μg/g。
纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的杂质元素含量（μg/g）
从上表可以看出，纯化后所有典型杂质含量均显著降低。纯化后，石墨粉中铝、钙、铁、硅等杂质元素的含量降低了2-4个数量级。
2.粒度分布（PSD）和比表面积（SSA）
激光衍射纯化前后NFGP和AGP的PSD测定结果如下图所示：
纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的粒度分布PSD图
总的来说，纯化过程对石墨粉的粒度分布（PSD）影响不大。从数据中可以看出，天然石墨粉（NFGP）的粒度分布（PSD）略有升高。相反，纯化后人造石墨粉（AGP）的粒度分布（PSD）略有下降。造成这一现象的原因可能与NFGP和AGP内部微结构的不同有关。
天然石墨粉（NFGP）、人造石墨粉（AGP）纯化前后比表面积（SSA）图（BET法）
上图显示了天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）纯化前后比表面积（SSA）的测量结果和相应的误差条。与纯化过程中粒度分布（PSD）的微小变化相比，天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）比表面积（SSA）在纯化后显著降低。
综上，由于纯化过程中石墨粉的粒度分布（PSD）变化不大，所以纯化后石墨粉比表面积（SSA）的显著降低可能是由于净化过程中石墨粉的微观结构发生了变化。
3.XRD和拉曼光谱分析
纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的XRD谱
纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的拉曼光谱
经过高温净化处理后的石墨粉具有较高的石墨化度、更有序的结构和更大的结晶尺寸，有利于提高基体石墨的综合性能，特别是抗氧化腐蚀速率。
4.孔隙度和孔隙信息
BJH法测纯化前后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的孔隙信息
上图显示了用BJH法测天然石墨粉（NFGP）的孔隙度和孔隙信息纯化前后人造石墨粉（AGP）。从天然石墨粉（NFGP）趋势曲线经过纯化后，孔隙差异分布略有减小。此外，纯化后人造石墨粉（AGP）的孔隙差异分布明显减小。天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）中孔隙率的降低可能是由于经过高温净化处理后，石墨化程度的提高及形成更加有序的微观结构所致。
结论
比较天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）在高温纯化前后的物理性能和微观结构特征。经过纯化后，天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）中的灰分含量和杂质元素含量显著降低，但仍有少量杂质元素残留。同时，经过高温纯化处理后，天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的石墨化程度有不同程度的提高，从而导致晶粒尺寸增大和微观结构更加有序。此外，纯化后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的粒度分布（PSD）的微小变化相比，经过纯化后天然石墨粉（NFGP）和人造石墨粉（AGP）的比表面积（SSA）有所下降。
文献链接：https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2020.110527
（中国粉体网编辑/江岸）
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