碳是自然界普遍的元素之一，碳化合物的成鍵方式和結(jié)構(gòu)形式豐富，膨脹石墨便是其中一種新型碳素材料。早在19世紀(jì)60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，發(fā)現(xiàn)了石墨制品，然而其應(yīng)用則在百年之后才開(kāi)始。從此，眾多國(guó)家就相繼展開(kāi)了膨脹石墨的研究和開(kāi)發(fā)，取得了重大的科研突破。

　　石墨晶體是兩向大分子層狀結(jié)構(gòu)，每一平面內(nèi)的C原子都以C一C共價(jià)鍵相結(jié)合，層與層之間以較弱的范德華力相結(jié)合。石墨制品的層狀結(jié)構(gòu)十分典型，每一層片是一個(gè)碳原子層，層內(nèi)碳原子之間以sp2雜化軌道成很強(qiáng)的共價(jià)鍵，即1個(gè)2s電子和2個(gè)2p電子雜化等價(jià)的雜化軌道，位于同一平面上，互相形成σ鍵，而二個(gè)未參加雜化的2P電子則垂直于平面，形成二鍵π。石墨的這種層狀結(jié)構(gòu)使得層間存在一定的空隙。因此在一定條件下，某些反應(yīng)物(如酸、堿、鹵素)的原子(或單個(gè)分子)即可進(jìn)入層間空隙，并與碳網(wǎng)平面形成層間化合物。這種插有層間化合物的石墨即為可膨脹石墨。碳原子層間以很弱的范德華力相聯(lián)系，這種結(jié)構(gòu)允許插層物質(zhì)能夠順利地進(jìn)入碳原層間而不破壞碳原子層內(nèi)的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此天然石墨是制備石墨插層化合物的母體材料。可膨脹石墨是一種利用物理或化學(xué)的方法使非碳質(zhì)反應(yīng)物插入石墨層間，與炭素的六角網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)合的同時(shí)又保持了石墨層狀結(jié)構(gòu)的晶體化合物。它不僅保持石墨優(yōu)異的理化性質(zhì)，而且由于插入物質(zhì)與石墨層的相互作用而呈現(xiàn)出原有石墨及插層物質(zhì)不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時(shí)，層間化合物將分解，產(chǎn)生一種沿石墨層間C軸方向的推力，這個(gè)推力遠(yuǎn)大于石墨粒子的層間結(jié)合力，在這個(gè)推力的作用下石墨層間被推開(kāi)，從而使石墨粒子沿C軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲(chóng)狀的膨脹石墨l2]。石墨層與層之間可“嵌”入化學(xué)物質(zhì)而具有可膨脹性。如可采用硫酸處理石墨，干燥后石墨在高溫下膨脹，這是由于硫酸分子“嵌”入石墨層所致。 　

 　   膨脹石墨有如下特性: 　　

        ①?gòu)?qiáng)電導(dǎo)率; 　　

        ②強(qiáng)抗震特性; 　　

        ③強(qiáng)抗老化、抗扭曲的特性; 　　

       ④可以抵制各種金屬的熔化及滲透; 　　

        ⑤無(wú)毒、不含任何致癌物，對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害; 　　

       可膨脹性石墨薄片的膨脹特性不同于其他膨脹劑，受熱達(dá)到一定溫度時(shí)，由于吸留在層間點(diǎn)陣中化合物分解，可膨脹石墨便開(kāi)始膨脹，稱為起始膨脹溫度，在1000℃時(shí)膨脹達(dá)到很大體積。膨脹石墨制品體積可以達(dá)到初始時(shí)的200倍以上。膨脹后的石墨稱為膨脹石墨或石墨蠕蟲(chóng)，由原鱗片狀變成密度很低的蠕蟲(chóng)狀，形成了一個(gè)非常好的絕熱層。石墨制品既是膨脹體系中的碳源，又是絕熱層，能有效隔熱，在火災(zāi)中具有熱釋放率低，質(zhì)量損失小，產(chǎn)生的煙氣少的特點(diǎn)。