Kwa nini Graphite ni kondakta bora wa umeme 

Kanuni za kisayansi na umuhimu wa viwandani katika elektroni za grafiti

Graphite, sehemu ya fuwele ya kaboni, inajulikana kwa ubora wake bora wa umeme licha ya kuwa isiyo ya chuma. Mali hii ya kipekee inatokana na muundo wake wa kipekee wa atomi, tabia ya elektroni iliyochafuliwa, na mpangilio wa fuwele wa anisotropic. Vipengele hivi hufanya grafiti kuwa muhimu katika matumizi ya viwandani - haswa katika elektroni za grafiti zinazotumiwa kwa umeme wa tanuru ya umeme (EAF) na usafishaji wa chuma.

Muundo wa atomiki: kimiani ya hexagonal

Graphite ina atomi za kaboni zilizopangwa katika kimiani ya pande mbili, ambayo inaenea kwa muda usiojulikana katika ndege ya A-B. Kila atomi ya kaboni huunda vifungo vitatu vyenye nguvu (Sigma) na majirani zake, na kusababisha tabaka thabiti za graphene zilizo na urefu wa dhamana ya takriban 1.42 Å. Tabaka hizi zinasimama kando ya mhimili wa C, uliofanyika pamoja na vikosi dhaifu vya Van der Waals, na umbali wa kuingiliana wa 3.35 Å.

Kila chembe ya kaboni ina elektroni nne za valence: tatu zinashiriki katika vifungo σ, na ya nne inachukua P_Z orbital perpendicular kwa ndege. Uingiliano wa baadaye wa orbitals hizi hutoa wingu la elektroni la π (PI), lililowekwa juu ya safu nzima.

Wingu la π-elektroni: msingi wa ubora wa juu

Uainishaji wa elektroni π huruhusu kusonga kwa uhuru ndani ya ndege ya graphene, na kutengeneza mtandao unaoendelea wa wabebaji wa malipo ya rununu. Wakati uwanja wa umeme wa nje unatumika, elektroni hizi huhamia kwa kutawanyika kidogo, na kusababisha hali ya juu ya ndege na umeme mdogo.

Ulinganishaji na umoja wa kimiani ya hexagonal zaidi hupunguza kutawanya na kuongeza uhamaji wa elektroni, kulinganisha na ile inayopatikana katika metali fulani.

Uboreshaji wa umeme wa kuingiliana: mdogo lakini muhimu

Ingawa uhamaji wa elektroni ni wa juu zaidi ndani ya ndege, grafiti pia inaonyesha hali dhaifu lakini inayojulikana ya nje ya ndege. Hii ni kwa sababu ya tunneling ya kiwango na uchochezi wa mafuta, ambayo inawezesha idadi ndogo ya elektroni kwa mpito kati ya tabaka za karibu. Hali hii inachangia utaftaji wa sura tatu za grafiti, ingawa inabaki anisotropic-na mwenendo wa ndani wa ndege kuwa karibu mara 100 kuliko utaftaji wa ndege.

Kuunganisha kwa elektroni -phonon: Ufanisi ulioimarishwa kwa joto lililoinuliwa

Graphite inaonyesha coupling ya chini ya elektroni -phonon, ikimaanisha kuwa mwingiliano kati ya elektroni za bure na vibrations ya kimiani ni ndogo. Hii husababisha kupunguzwa kwa wabebaji na kudumisha utendaji wa umeme hata kwa joto lililoinuliwa. Imechanganywa na kiwango chake cha kuyeyuka kwa kiwango cha juu (> 3600 ° C) na utulivu wa kemikali, grafiti ni bora kwa matumizi ya joto ya juu.

Electrodes za Graphite: Uainishaji wa kiufundi na matumizi ya viwandani

Sifa za kipekee za Graphite hufanya iwe nyenzo za chaguo kwa utengenezaji wa elektroni za grafiti zinazotumiwa katika:

1.Electric arc vifaa (EAF) kwa utengenezaji wa chuma wa msingi

2.Ladle Samani (LF) kwa madini ya sekondari na kusafisha

3.Lithium-ion betri anodesdue kwa uwezo wa kuingiliana na ubora

4.Brushes katika motors za umeme na jenereta kwa uhamishaji mzuri wa sasa

5.Electrolytic seli katika uzalishaji wa alumini, magnesiamu, na klorini

6. Samani za joto-joto, misuli, na wasimamizi wa nyuklia

Vigezo muhimu vya kiufundi (daraja la UHP)

Hitimisho

Uboreshaji wa ajabu wa Graphite ni matokeo ya mtandao wake wa π-elektroni uliowekwa ndani ya tabaka za graphene zenye nguvu. Hii, pamoja na uzalishaji wa anisotropic, utulivu wa mafuta, na upotezaji mdogo wa nishati, huweka grafiti mbali na zisizo nyingi na hata madini kadhaa. Sifa hizi zinasisitiza kutawala kwake katika viwanda vya madini, uhifadhi wa nishati, na viwanda vya umeme -ambapo elektroni za grafiti ni msingi wa ufanisi, uimara, na utendaji.