چرا گرافیت یک هادی الکتریکی عالی است 

اصول علمی و ارتباط صنعتی در الکترودهای گرافیتی

گرافیت ، یک آلوتروپ کریستالی کربن ، علی رغم اینکه غیر فلزی است ، به دلیل هدایت الکتریکی برجسته خود مشهور است. این خاصیت استثنایی ناشی از ساختار اتمی منحصر به فرد آن ، رفتار الکترونی دلخراش و چیدمان کریستالی بسیار ناهمسانگرد است. این ویژگی ها باعث می شود گرافیت در کاربردهای صنعتی ضروری باشد - به ویژه در الکترودهای گرافیتی که برای ساخت فولاد قوس الکتریکی (EAF) و پالایش متالورژی استفاده می شود.

ساختار اتمی: شبکه لایه ای شش ضلعی

گرافیت از اتم های کربن تشکیل شده است که در یک شبکه شش ضلعی دو بعدی قرار گرفته اند ، که به طور نامحدود در هواپیمای A-B گسترش می یابد. هر اتم کربن سه پیوند کووالانسی قوی σ (سیگما) با همسایگان خود تشکیل می دهد ، و در نتیجه لایه های گرافن پایدار با طول پیوند تقریباً 1.42. این لایه ها در امتداد محور C ، که توسط نیروهای ضعیف ون در والس در کنار هم قرار گرفته اند ، با فاصله بین لایه ای از 3.35.

هر اتم کربن دارای چهار الکترون Valence است: سه نفر در اوراق قرضه σ شرکت می کنند ، و چهارم یک مداری P_Z عمود بر هواپیما را اشغال می کند. همپوشانی جانبی این مدارها باعث ایجاد ابر الکترونیکی π (PI) می شود که در کل لایه جمع می شود.

ابر π- الکترونی جدا شده: مبنای هدایت زیاد

جابجایی الکترونهای π به آنها اجازه می دهد تا آزادانه در صفحه گرافن حرکت کنند و یک شبکه مداوم از حامل های بار موبایل را تشکیل دهند. هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود ، این الکترونها با حداقل پراکندگی مهاجرت می کنند و در نتیجه هدایت زیاد در هواپیما و مقاومت الکتریکی کم ایجاد می شود.

تقارن و یکنواختی شبکه شش ضلعی بیشتر پراکندگی را کاهش داده و تحرک الکترونی را تقویت می کند ، قابل مقایسه با آنچه در فلزات خاص یافت می شود.

هدایت الکتریکی بین المللی: محدود اما قابل توجه

اگرچه تحرک الکترونی در هواپیماها بالاترین است ، گرافیت همچنین از هدایت خارج از هواپیما ضعیف اما قابل توجه است. این به دلیل تونل زنی کوانتومی و تحریک حرارتی است که تعداد کمی از الکترون ها را قادر به انتقال بین لایه های مجاور می کند. این پدیده به هدایت سه بعدی گرافیت کمک می کند ، اگرچه بسیار ناهمسانگرد باقی مانده است-با هدایت درون هواپیما تقریباً 100 برابر بیشتر از هدایت هواپیما است.

اتصال کم الکترون و پونون: راندمان افزایش یافته در دماهای بالا

گرافیت نشان دهنده اتصال الکترون -پونون کم است ، به این معنی که تعامل بین الکترونهای آزاد و ارتعاشات شبکه حداقل است. این منجر به کاهش پراکندگی حامل و حفظ عملکرد الکتریکی حتی در دمای بالا می شود. همراه با نقطه ذوب فوق العاده (> 3600 درجه سانتیگراد) و ثبات شیمیایی ، گرافیت برای کاربردهای رسانا با درجه حرارت بالا ایده آل است.

الکترودهای گرافیتی: مشخصات فنی و کاربردهای صنعتی

خصوصیات رسانا منحصر به فرد گرافیت ، آن را به عنوان مواد انتخابی برای تولید الکترودهای گرافیتی مورد استفاده در:

1. کوره های قوس الکتریکی (EAF) برای ساخت اولیه فولاد

کوره های 2.ladle (LF) برای متالورژی ثانویه و پالایش

3. لیتیوم-یون باتری آندز به ظرفیت و هدایت متقابل

4. برس در موتورهای برقی و ژنراتورها برای انتقال جریان کارآمد

5. سلولهای الکتریکی تولید آلومینیوم ، منیزیم و کلر

6. کوره ها ، صلیب ها و ناظران هسته ای.

پارامترهای فنی کلیدی (درجه UHP)

پایان

هدایت خارق العاده گرافیت نتیجه شبکه π- الکترونی جدا شده آن در لایه های گرافن قوی است. این ، همراه با هدایت ناهمسانگرد ، پایداری حرارتی و از بین رفتن انرژی کم ، گرافیت را از بیشتر متال ها و حتی برخی از فلزات جدا می کند. این خواص بر تسلط بر آن در صنایع متالورژی ، ذخیره انرژی و الکتروشیمیایی - جایی که الکترودهای گرافیتی برای کارآیی ، دوام و عملکرد مهم هستند.