Kemiallinen hapetusmenetelmä on perinteinen menetelmä paisuvan grafiitin valmistamiseksi. Tässä menetelmässä luonnonhiutalegrafiitti sekoitetaan sopivan hapettimen ja interkalointiaineen kanssa, pidetään tietyssä lämpötilassa, sekoitetaan jatkuvasti, pestään, suodatetaan ja kuivataan paisuvan grafiitin saamiseksi. Kemiallinen hapetusmenetelmä on kehittynyt teollisuudessa suhteellisen kypsäksi menetelmäksi, jonka etuna on yksinkertainen laitteisto, helppokäyttöisyys ja alhaiset kustannukset.
Kemiallisen hapetuksen prosessivaiheisiin kuuluvat hapetus ja interkalaatio. Grafiitin hapettuminen on laajenevan grafiitin muodostumisen perusedellytys, koska interkalaatioreaktion sujuva eteneminen riippuu grafiittikerrosten välisestä avautumisesta. Luonnongrafiitilla on huoneenlämmössä erinomainen stabiilius ja happo- ja emäskestävyys, joten se ei reagoi hapon ja emäksen kanssa, joten hapettimen lisäämisestä on tullut välttämätön avainkomponentti kemiallisessa hapetuksessa.
Hapettimia on monenlaisia. Yleisesti käytettyjä hapettimia ovat kiinteät hapettimet (kuten kaliumpermanganaatti, kaliumdikromaatti, kromitrioksidi, kaliumkloraatti jne.), mutta ne voivat olla myös hapettavia nestemäisiä hapettimia (kuten vetyperoksidi, typpihappo jne.). Viime vuosina on havaittu, että kaliumpermanganaatti on tärkein hapetin, jota käytetään paisutettavan grafiitin valmistuksessa.
Hapetteen vaikutuksesta grafiitti hapettuu ja grafiittikerroksen neutraalit verkkomakromolekyylit muuttuvat positiivisesti varautuneiksi tasomaisiksi makromolekyyleiksi. Saman positiivisen varauksen hylkivän vaikutuksen vuoksi grafiittikerrosten välinen etäisyys kasvaa, mikä tarjoaa kanavan ja tilan interkalaattorille, joka pääsee sujuvasti grafiittikerrokseen. Paisuvan grafiitin valmistusprosessissa interkalaatioaine on pääasiassa happo. Viime vuosina tutkijat ovat käyttäneet pääasiassa rikkihappoa, typpihappoa, fosforihappoa, perkloorihappoa, sekahappoa ja jääetikkaa.
Sähkökemiallisessa menetelmässä käytetään vakiovirtaa, jossa elektrolyyttinä toimii insertin vesiliuos, grafiitti ja metallimateriaalit (ruostumaton teräs, platinalevy, lyijylevy, titaanilevy jne.) muodostavat komposiittianodin. Metallimateriaalit asetetaan elektrolyyttiin katodina muodostaen suljetun silmukan. Tai elektrolyyttiin suspendoitunut grafiitti, joka samanaikaisesti asetetaan elektrolyyttiin negatiiviseen ja positiiviseen levyyn, virransyöttö tapahtuu kahden elektrodin kautta, eli anodisessa hapetuksessa. Grafiitin pinta hapettuu hiilikationiksi. Samaan aikaan sähköstaattisen vetovoiman ja pitoisuuseron diffuusion yhteisvaikutuksessa happo-ionit tai muut polaariset ionit uppoutuvat grafiittikerrosten väliin muodostaen laajenevaa grafiittia.
Verrattuna kemialliseen hapetusmenetelmään, sähkökemiallisessa menetelmässä paisuvan grafiitin valmistamiseksi koko prosessissa ilman hapettimen käyttöä käsittelymäärä on suuri, syövyttävien aineiden jäännösmäärä on pieni, elektrolyytti voidaan kierrättää reaktion jälkeen, hapon määrä vähenee, kustannukset säästyvät, ympäristön saastuminen vähenee, laitteiden vauriot ovat vähäisiä ja käyttöikä pidentyy. Viime vuosina sähkökemiallisesta menetelmästä on vähitellen tullut monien yritysten suosima menetelmä paisuvan grafiitin valmistamiseksi, ja sillä on monia etuja.
Kaasufaasidiffuusiomenetelmässä tuotetaan laajenevaa grafiittia saattamalla interkalaattori kosketuksiin kaasumaisen grafiitin kanssa ja interkalaatioreaktiolla. Yleensä grafiitti ja insertti sijoitetaan lämmönkestävän lasireaktorin molempiin päihin, ja tyhjiö pumpataan ja suljetaan, joten sitä kutsutaan myös kaksikammiomenetelmäksi. Tätä menetelmää käytetään usein halogenidi-EG:n ja alkalimetalli-EG:n syntetisointiin teollisuudessa.
Edut: reaktorin rakennetta ja järjestystä voidaan hallita, ja reagoivat aineet ja tuotteet voidaan helposti erottaa toisistaan.
Haittoja: reaktiolaite on monimutkaisempi, toiminta on vaikeampaa, joten tuotos on rajallinen, ja reaktio on suoritettava korkeissa lämpötiloissa, aika on pidempi ja reaktio-olosuhteet ovat erittäin korkeat, valmistusympäristön on oltava tyhjiö, joten tuotantokustannukset ovat suhteellisen korkeat, eivätkä sovellu laajamittaisiin tuotantosovelluksiin.
Sekoitetun nestefaasin menetelmässä lisätty materiaali sekoitetaan suoraan grafiitin kanssa inertin kaasun tai tiivistysjärjestelmän suojassa kuumennusreaktiota varten, jolloin muodostuu paisuvaa grafiittia. Sitä käytetään yleisesti alkalimetalli-grafiitti-kerrosten välisten yhdisteiden (GIC) synteesiin.
Edut: Reaktioprosessi on yksinkertainen, reaktionopeus on nopea, grafiittiraaka-aineiden ja inserttien suhdetta muuttamalla voidaan saavuttaa tietty laajenevan grafiitin rakenne ja koostumus, joka soveltuu paremmin massatuotantoon.
Haittoja: Muodostunut tuote on epästabiili, GIC-pinnalle kiinnittyneen vapaan aineen käsittely on vaikeaa, ja grafiittisten interlamellaaristen yhdisteiden konsistenssin varmistaminen on vaikeaa, kun synteesiä on paljon.
Sulatusmenetelmässä grafiitti sekoitetaan interkalaatiomateriaaliin ja kuumennetaan paisuvan grafiitin valmistamiseksi. Koska eutektiset komponentit voivat alentaa järjestelmän sulamispistettä (kunkin komponentin sulamispisteen alapuolelle), se on menetelmä kolmikomponenttisten tai monikomponenttisten lasi-ionisoitujen kemikaaleja (GIC) valmistukseen lisäämällä kaksi tai useampia aineita (joiden on kyettävä muodostamaan sula suolajärjestelmä) samanaikaisesti grafiittikerrosten väliin. Käytetään yleisesti metallikloridien - GIC-kemikaalien - valmistuksessa.
Edut: Synteesituotteella on hyvä stabiilius, helppo pestä, yksinkertainen reaktiolaite, alhainen reaktiolämpötila, lyhyt aika, sopii laajamittaiseen tuotantoon.
Haittoja: tuotteen järjestysrakennetta ja koostumusta on vaikea hallita reaktioprosessissa, ja massasynteesissä on vaikea varmistaa tuotteen järjestysrakenteen ja koostumuksen yhdenmukaisuutta.
Paineistettu menetelmä on sekoittaa grafiittimatriisi maa-alkalimetalli- ja harvinaisten maametallien jauheen kanssa ja reagoida paineistetuissa olosuhteissa M-GICS:n tuottamiseksi.
Haitat: Lisäysreaktio voidaan suorittaa vasta, kun metallin höyrynpaine ylittää tietyn kynnyksen. Lämpötila on kuitenkin liian korkea, mikä aiheuttaa metallin ja grafiitin karbidimuodostelman, mikä johtaa negatiiviseen reaktioon. Siksi reaktiolämpötilaa on säädettävä tietyllä alueella. Harvinaisten maametallien lisäyslämpötila on erittäin korkea, joten reaktiolämpötilaa on alennettava paineella. Tämä menetelmä soveltuu alhaisen sulamispisteen omaavien metalli-GICS-yhdisteiden valmistukseen, mutta laite on monimutkainen ja käyttövaatimukset ovat tiukat, joten sitä käytetään nykyään harvoin.
Räjähdysmenetelmässä käytetään yleensä grafiittia ja paisunta-ainetta, kuten KClO4:ää, Mg(ClO4)2·nH2O:ta, Zn(NO3)2·nH2O:ta tai pyropyrosseoksia. Kuumennettaessa grafiitti hapettuu ja reagoi samanaikaisesti kambiumyhdisteen kanssa, joka sitten paisuu "räjähdysmäisesti", jolloin saadaan paisutettua grafiittia. Kun paisunta-aineena käytetään metallisuolaa, tuote on monimutkaisempi, ja siinä on paisunut grafiitti sekä metallia.
