Prečo je grafit vynikajúci elektrický vodič 

Vedecké princípy a priemyselný význam v grafitových elektródach

Graphit, kryštalický alotrope uhlíka, je známy svojou vynikajúcou elektrickou vodivosťou napriek tomu, že je nekovom. Táto výnimočná vlastnosť vyplýva z jej jedinečnej atómovej štruktúry, delokalizovaného elektrónového správania a vysoko anizotropného kryštalického usporiadania. Vďaka týmto vlastnostiam je grafit nevyhnutný v priemyselných aplikáciách - najmä v grafitových elektródach používaných pre výrobu ocele s elektrickým oblúkom (EAF) a metalurgické rafinácie.

Atómová štruktúra: šesťuholníková vrstvená mriežka

Graphit pozostáva z atómov uhlíka usporiadaných v dvojrozmernej šesťuholníkovej mriežke, ktorá sa siaha neurčito v rovine A-B. Každý atóm uhlíka tvorí tri silné σ (Sigma) kovalentné väzby so svojimi susedmi, čo vedie k stabilným grafénovým vrstvám s dĺžkou väzby približne 1,42 Á. Tieto vrstvy sa stohujú pozdĺž osi C, držané pohromade slabými van der Waalsovými silami s vzdialenosťou medzivrstvy 3,35 Á.

Každý atóm uhlíka má štyri valenčné elektróny: tri sa zúčastňujú na väzbách σ a štvrtý zaberá orbitálnu kolmo P_Z na rovinu. Bočné prekrývanie týchto orbitálov generuje rozšírený π (PI) elektrónový oblak, ktorý je delokalizovaný po celej vrstve.

Delokalizovaný π-elektrónový oblak: základ pre vysokú vodivosť

Delokalizácia π elektrónov im umožňuje voľne sa pohybovať v grafénovej rovine, čím vytvára kontinuálnu sieť nosičov mobilných nábojov. Ak sa aplikuje vonkajšie elektrické pole, tieto elektróny migrujú s minimálnym rozptylom, čo vedie k vysokej rovinnej vodivosti a nízkym elektrickým odporom.

Symetria a uniformita šesťuholníkovej mriežky ďalej znižujú rozptyl a zvyšujú mobilitu elektrónov, porovnateľnú so symbolom nachádzajúce sa v určitých kovoch.

Elektrická vodivosť medzivrstvy: obmedzená, ale významná

Aj keď je mobilita elektrónov najvyššia v rovinách, grafit tiež vykazuje slabú, ale pozoruhodnú vodivosť mimo roviny. Dôvodom je kvantové tunelovanie a tepelné excitácie, ktoré umožňujú malým počtom elektrónov prechádzať medzi susednými vrstvami. Tento jav prispieva k trojrozmernej vodivosti grafitu, hoci zostáva vysoko anizotropný-s vodivosťou v rovine je takmer 100-krát vyššia ako vodivosť v rovine.

Nízke spojenie elektrónov - fonón: Zvýšená účinnosť pri zvýšených teplotách

Grafit demonštruje nízku väzbu elektrónovo -fonónu, čo znamená, že interakcie medzi voľnými elektrónmi a vibráciami mriežky sú minimálne. To vedie k zníženiu rozptylu nosičov a udržuje elektrický výkon aj pri zvýšených teplotách. V kombinácii s jeho ultrahighovým bodom topenia (> 3600 ° C) a chemickou stabilitou je grafit ideálny pre vysokoteplotné vodivé aplikácie.

Graphitové elektródy: technické špecifikácie a priemyselné aplikácie

Unikátne vodivé vlastnosti spoločnosti Graphite z neho robia materiál voľby pre výrobu grafitových elektród používaných v:

1. Elektrické oblúkové pece (EAF) pre výrobu primárnej ocele

2.Dle pec (LF) pre sekundárnu metalurgiu a rafináciu

3.lithium-ion batéria anodesdue na interkalačnú kapacitu a vodivosť

4. Brushes v elektrických motoroch a generátoroch pre efektívny prenos prúdu

5. Elektrolytické bunky v produkcii hliníka, horčíka a chlóru

6. Vysoké teplotné pece, tégliky a jadrové moderátory

Kľúčové technické parametre (stupeň UHP)

Záver

Mimoriadna vodivosť spoločnosti Graphite je výsledkom jej delokalizovanej n-elektrónovej siete v robustných grafénových vrstvách. To v kombinácii s anizotropným vedením, tepelnou stabilitou a nízkymi stratami energie odlišuje grafit okrem väčšiny nemetálov a dokonca aj od niektorých kovov. Tieto vlastnosti podporujú svoju dominanciu v metalurgickom, skladovaní energie a elektrochemickom priemysle - kde grafitové elektródy sú ústredným bodom účinnosti, trvanlivosti a výkonu.