Kodėl grafitas yra puikus elektros laidininkas 

Moksliniai principai ir pramonės reikšmė grafito elektroduose

Graphitas, kristalinis anglies allotropas, garsėja savo išskirtiniu elektriniu laidumu, nepaisant to, kad jis yra nemetalas. Ši išskirtinė savybė atsiranda dėl savo unikalios atominės struktūros, delokalizuoto elektronų elgsenos ir labai anizotropinės kristalinio išdėstymo. Dėl šių savybių grafitas tampa nepakeičiamu pramoninėmis reikmėmis, ypač grafito elektroduose, naudojamuose elektriniam lanko krosnies (EAF) plieninei gamybai ir metalurgijos rafinavimui.

Atominė struktūra: šešiakampė sluoksniuota gardelė

Graphitą sudaro anglies atomai, išdėstyti dvimatėje šešiakampėje grotelėje, kuri neribotam laikui tęsiasi A-B plokštumoje. Kiekvienas anglies atomas sudaro tris stiprius σ (Sigma) kovalentinius ryšius su kaimynais, todėl susidaro stabilūs grafeno sluoksniai, kurių jungties ilgis yra maždaug 1,42 Å. Šie sluoksniai sukrauna išilgai C ašies, kurią laikosi silpnos van der Waals jėgos, kurių tarpsluoksnis yra 3,35 Å.

Kiekvienas anglies atomas turi keturis valentinius elektronus: trys dalyvauja σ jungtyse, o ketvirtasis užima P_Z orbitalę statmeną plokštumai. Šių orbitų šoninis sutapimas sukuria išplėstą π (Pi) elektronų debesį, delokalizuotą visame sluoksnyje.

Delokalizuotas π-elektronų debesis: aukšto laidumo pagrindas

Π elektronų delokalizacija leidžia jiems laisvai judėti grafeno plokštumoje, sudarant nuolatinį mobiliųjų krūvių nešėjų tinklą. Taikant išorinį elektrinį lauką, šie elektronai migruoja su minimaliu išsibarstymu, todėl atsiranda didelis laidumas plokštumoje ir mažą elektrinę varžą.

Šešiakampės gardelės simetrija ir vienodumas dar labiau sumažina išsibarstymą ir padidina elektronų mobilumą, palyginamą su tam tikruose metaluose.

Tarpsluoksnis Elektrinis laidumas: ribotas, bet reikšmingas

Nors elektronų mobilumas yra didžiausias plokštumose, grafitas taip pat pasižymi silpnu, bet pastebimu laidumu ne plokštumoje. Taip yra dėl kvantinio tunelio ir šiluminio sužadinimo, kuris leidžia nedaugeliui elektronų pereiti iš gretimų sluoksnių. Šis reiškinys prisideda prie grafito trimačio laidumo, nors jis išlieka labai anizotropinis-laidumas plokštumoje yra beveik 100 kartų didesnis nei laidumo plokštumoje.

Žemas elektronų ir fononų jungtis: padidėjęs efektyvumas esant padidėjusiems temperatūroms

Grafitas demonstruoja mažą elektronų ir fonono jungtį, tai reiškia, kad laisvųjų elektronų ir gardelės virpesių sąveika yra minimali. Dėl to sumažėja nešiklio išsibarstymas ir palaiko elektros veikimą net esant aukštesnei temperatūrai. Graphitas, derinamas su savo ypač lydymosi tašku (> 3600 ° C) ir cheminiu stabilumu, idealiai tinka laidžioms temperatūroms.

Grafito elektrodai: techninės specifikacijos ir pramonės pritaikymai

Unikalios grafito laidžios savybės daro ją pasirinkta medžiaga, gaminant grafito elektrodus, naudojamus:

1.elektrinės lanko krosnys (EAF) pirminiam plieno gamybai

2.Kilės krosnys (LF) antrinei metalurgijai ir rafinavimui

3.Llito jonų akumuliatoriaus anodesdue iki intercaliacijos talpos ir laidumo

4. Įklijuoti elektriniuose varikliuose ir generatoriams efektyviam srovės perdavimui

5.ELECTROLIZINIS LAILINAS Aliuminio, magnio ir chloro gamyba

6. Aukštos temperatūros krosnys, tipas ir branduoliniai moderatoriai

Pagrindiniai techniniai parametrai (UHP laipsnis)

Išvada

Nepaprastas grafito laidumas yra jo delokalizuoto π-elektrono tinklo rezultatas tvirtuose grafeno sluoksniuose. Tai, kartu su anizotropiniu laidumu, šiluminiu stabilumu ir mažais energijos nuostoliais, išskiria grafitą iš daugumos ne metalų ir net kai kurių metalų. Šios savybės grindžiamos jos dominavimu metalurgijos, energijos kaupimo ir elektrocheminėse pramonės šakose, kur grafito elektrodai yra pagrindiniai efektyvumo, ilgaamžiškumo ir našumo pagrindai.