Tại sao than chì là một dây dẫn điện tuyệt vời
2025-02-26
Nguyên tắc khoa học và liên quan đến công nghiệp trong điện cực than chì
Graphite, một phân bổ tinh thể của carbon, nổi tiếng với độ dẫn điện nổi bật của nó mặc dù không phải là kim loại. Tài sản đặc biệt này phát sinh từ cấu trúc nguyên tử độc đáo của nó, hành vi điện tử được định vị và sự sắp xếp tinh thể dị hướng cao. Các tính năng này làm cho than chì không thể thiếu trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong các điện cực than chì được sử dụng cho sản xuất thép và tinh chế luyện kim hồ quang và tinh chế luyện kim.
Cấu trúc nguyên tử: Mạng lớp lục giác
Than chì bao gồm các nguyên tử carbon được sắp xếp trong một mạng lục giác hai chiều, kéo dài vô thời hạn trong mặt phẳng A B B. Mỗi nguyên tử carbon tạo thành ba liên kết cộng hóa trị σ (Sigma) mạnh mẽ với các nước láng giềng, dẫn đến các lớp graphene ổn định với chiều dài liên kết xấp xỉ 1,42. Các lớp này xếp dọc theo trục c, được tổ chức bởi các lực Van der Waals yếu, với khoảng cách xen kẽ là 3,35.
Mỗi nguyên tử carbon có bốn electron hóa trị: ba người tham gia vào σ liên kết và thứ tư chiếm một quỹ đạo P_Z vuông góc với mặt phẳng. Sự chồng chéo bên của các quỹ đạo này tạo ra một đám mây electron π (PI) mở rộng, được định vị lại trên toàn bộ lớp.
Đám mây electron được định vị: cơ sở cho độ dẫn cao
Việc định vị các electron π cho phép chúng di chuyển tự do trong mặt phẳng graphene, tạo thành một mạng lưới các nhà mạng điện tích di động liên tục. Khi một điện trường bên ngoài được áp dụng, các electron này di chuyển với sự tán xạ tối thiểu, dẫn đến độ dẫn điện trong mặt phẳng cao và điện trở suất thấp.
Sự đối xứng và tính đồng nhất của mạng lục giác làm giảm thêm sự tán xạ và tăng cường tính di động electron, có thể so sánh với các kim loại nhất định.
Độ dẫn điện xen kẽ: hạn chế nhưng có ý nghĩa
Mặc dù tính di động của electron là cao nhất trong các mặt phẳng, than chì cũng thể hiện độ dẫn yếu nhưng đáng chú ý. Điều này là do đường hầm lượng tử và kích thích nhiệt, cho phép một số lượng nhỏ các electron chuyển đổi giữa các lớp liền kề. Hiện tượng này góp phần vào độ dẫn ba chiều của Graphite, mặc dù nó vẫn có độ dẫn điện rất cao với độ dẫn trong mặt phẳng lớn hơn gần 100 lần so với độ dẫn qua mặt phẳng.
Khớp nối điện tử thấp Phonon: Hiệu quả nâng cao ở nhiệt độ cao
Chân than cho thấy khớp nối Phonon điện tử thấp, có nghĩa là sự tương tác giữa các electron tự do và rung động mạng là tối thiểu. Điều này dẫn đến giảm tán xạ chất mang và duy trì hiệu suất điện ngay cả ở nhiệt độ cao. Kết hợp với điểm nóng chảy siêu cao (> 3600 ° C) và độ ổn định hóa học, than chì là lý tưởng cho các ứng dụng dẫn điện ở nhiệt độ cao.
Điện cực than chì: Thông số kỹ thuật và ứng dụng công nghiệp
Các đặc tính dẫn điện độc đáo của Graphite làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn để sản xuất các điện cực than chì được sử dụng trong:
1. Lò hồ quang điện (EAF) cho sản xuất thép chính
2. Lò nung (LF) cho luyện kim thứ cấp và tinh chế
3. Pin-ion anodesdue cho khả năng xen kẽ và độ dẫn điện
4.brushes trong động cơ điện và máy phát điện cho hiệu quả chuyển dòng điện
5.electrolytic tế bào sản xuất nhôm, magiê và clo
6
Các thông số kỹ thuật chính (lớp UHP)
| Tham số | Giá trị điển hình |
| Mật độ số lượng lớn | 1.68 - 1,73 g/cm³ |
| Điện trở suất | 4,5 - 5,8 μω · m |
| Sức mạnh uốn | ≥12 MPa |
| Mô -đun Young | 8 - 14 GPA |
| Nội dung tro | ≤0,2% |
| Coef mở rộng nhiệt. | (1.0 Từ1.2) × 10⁻⁶ /° C |
| Loại núm vú | 3TPI / 4TPI / 4TPIL |
| Nhiệt độ hoạt động tối đa | > 3000 ° C. |
Phần kết luận
Độ dẫn điện bất thường của Graphite là kết quả của mạng điện tử electron được định vị của nó trong các lớp graphene mạnh mẽ. Điều này, kết hợp với dẫn truyền dị hướng, ổn định nhiệt và tổn thất năng lượng thấp, khiến than chì khác biệt với hầu hết các kim loại và thậm chí một số kim loại. Những đặc tính này làm cơ sở cho sự thống trị của nó trong các ngành công nghiệp luyện kim, năng lượng và điện hóa, nơi các điện cực than chì là trung tâm của hiệu quả, độ bền và hiệu suất.
