氟化石墨是碳和氟在高溫下反應(yīng)生成的一種先進(jìn)的炭-石墨功能材料，其性能卓越、品質(zhì)獨特，是新型功能材料中的一朵奇葩。
一、氟化石墨的結(jié)構(gòu)特點
氟化石墨是氟原子與構(gòu)成網(wǎng)狀平面的碳原子以共價鍵結(jié)合而形成的化合物。
氟化石墨化學(xué)結(jié)構(gòu)式可用（CFx）n表示，x為不定值，其范圍一般在0<x<1.25之間。氟化石墨的性質(zhì)隨分子式中碳和氟的比值不同而不同。
具體過程為通過打破碳層π鍵(sp2雜化)，并和碳原子結(jié)合形成C-F鍵的一種過程，是修飾和控制碳材料物理化學(xué)性質(zhì)最有效的方法之一，其能夠顯著地改善碳材料的表面極性、電導(dǎo)性、吸附能力和電容性性能。
目前它具有兩種穩(wěn)定的化合物，一種為聚單氟碳，化學(xué)式為（CF）n；另一種是聚單氟二碳，化學(xué)式為（C2F）n。由于氟的原子半徑小，電負(fù)性又高，其化合物顯示出獨特性質(zhì)。
單層化合物（CF）和（C2F）結(jié)構(gòu)示意圖
二、氟化石墨的性質(zhì)
物理性質(zhì)
C/F原子比
氟化石墨性能隨分子結(jié)構(gòu)中的C/F原子的比值而異。C/F比值≤1稱之為高氟化度氟化石墨；C/F比值>1稱之為低氟化度氟化石墨。
高氟化度石墨具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，是電和熱的絕緣體，不受強酸和強堿的腐蝕，潤滑性能超過MoS2和鱗片石墨。低氟化度石墨呈灰黑色，熱穩(wěn)定性較差，一般不作潤滑劑。但它是制造高能無水電池陰極的理想材料。
熱穩(wěn)定性
高于500℃才有少量失重，是熱穩(wěn)定性較差的化合物。
潤滑性能
是潤滑脂類和固體潤滑劑（二硫化鉬、石墨等）中摩擦系數(shù)最低的，在27~344℃內(nèi)，摩擦系數(shù)僅為0.1~0.13。
化學(xué)性質(zhì)
表面能：氟化石墨的表面能極低。
幾種材料的表面自由能
耐腐蝕；與氫進(jìn)行還原反應(yīng)生成氟化氫；在高溫/加熱熔融下與堿金屬及堿金屬鹵化物反應(yīng)生成氟化堿金屬和無定形碳。
電化學(xué)性質(zhì)
氟化石墨是電池的活性物質(zhì)。用鋰作陽極，氟化石墨作為陰極組成非水系電池，其能量密度約為水系錳電池的5倍，電壓為2倍；儲藏性能好，沒有氣體產(chǎn)生，自身放電極小；工作電壓平穩(wěn)，受溫度影響小，在-20~70℃范圍內(nèi)照常使用。
三、氟化石墨的合成工藝
高溫合成法
這是氟化石墨合成中最常用的方法，在一定溫度下讓石墨和氟氣直接反應(yīng)。
以氟氣為原料的合成方法可以通過選擇不同的反應(yīng)溫度來制得相應(yīng)的氟化石墨;但由于原料中含有有毒性氣體，使得反應(yīng)過程可能出現(xiàn)爆炸或氣體泄露現(xiàn)象，有較大的安全隱患，并且反應(yīng)過程伴隨有不少的副產(chǎn)物產(chǎn)生，導(dǎo)致產(chǎn)率比較低。近年來，有研究者針對氟氣存在的危害性問題，采用含氟物質(zhì)作為氟的原料，以優(yōu)化合成環(huán)境、降低安全隱患。
低溫合成法
低溫合成法又稱間接反應(yīng)法，是指在250～500℃溫度條件下，石墨先與五鹵化物反應(yīng)生成石墨層間化合物，然后在常溫下與氟氣發(fā)生反應(yīng)生成氟化石墨的過程。
此方法具有反應(yīng)溫度相對較低、控制范圍大等優(yōu)點，大幅度降低了爆炸的可能性;且副產(chǎn)品較少，氟化石墨產(chǎn)率較高，回收的原料還可以循環(huán)使用;但由于反應(yīng)過程使用氟氣，因此需要注意密封、安全等方面的問題，且對生產(chǎn)設(shè)備要求較高。
催化合成法
催化合成法是指當(dāng)存在金屬氟化物(如LiF)時，石墨與氟氣的反應(yīng)可在低于300℃的溫度條件下順利進(jìn)行。其中，金屬氟化物主要起到催化作用，并且金屬氟化物的存在可以提高氟化石墨的某些性能，如電導(dǎo)率。
電解合成法
在電池兩極中間，因為電場的影響，石墨和氫氟酸被電解，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能夠生成氟化石墨，通過反應(yīng)液濃度、反應(yīng)溫度和電解質(zhì)量能夠控制電解過程的進(jìn)行。
四、氟化石墨的應(yīng)用
用作防水憎油材料
氟化石墨是一種最憎水的材料之一，這是因為它的強共價性和C—F健的低極化性所致。氟化石墨低表面能使它用于防水抗油材料上，以減少或控制各種液體對固體表面的浸濕。
用作脫模劑
氟化石墨的低表面能使它可用于各種材料的模壓，還可作為模鑄、膠合板成形、粉末成型、燒結(jié)精壓、塑料等的金屬模的脫模劑使用，另外，可作為研磨劑，用于光學(xué)中的研磨。
用作固體潤滑劑
氟化石墨具有石墨、MoS2無可比擬的高潤滑性和耐化學(xué)安定性。它可作為固體潤滑劑或經(jīng)過改性作為潤滑添加劑，廣泛應(yīng)用于高溫、高速、高負(fù)荷等苛刻條件下，并耐酸堿的腐蝕，而應(yīng)用于節(jié)能減磨潤滑領(lǐng)域。
用作電池正極或正極添加劑
氟化石墨代替氟作為正極活性物質(zhì)，與金屬鋰及溶有LiBF4或LiClO4的有機溶劑組合制作鋰電池的電極，能使輸出電壓比普通電池提高2倍，且使用溫度范圍廣，儲存周期長，形成高輸出功率、高能、高密度電池。
在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用
氟化石墨在核反應(yīng)堆中主要用作減速劑，反射材料和涂敷材料。其優(yōu)點是氣體投射率小，防污性能好，熱中子吸收斷面小，反應(yīng)堆內(nèi)熱中子損失小，反應(yīng)的熱效率高。
