في مجالات الطاقة الجديدة وصناعة الإلكترونيات ، يستخدم مسحوق الجرافيت الاصطناعي على نطاق واسع في مواد قطب البطارية السلبية ، والمطاط الموصل ، والحبر الموصل ، وغيرها من المنتجات بسبب خصائصه الموصلة الممتازة. تعزى توصيل مسحوق الجرافيت الاصطناعي بشكل أساسي إلى بنية البلورة والتكوين الكيميائي. يتم ترتيب ذرات الكربون في مسحوق الجرافيت في شكل قرص عسل سداسي ، ويصدر كل ذرة الكربون إلكترونًا واحدًا ، والذي يمكن أن يتحرك بحرية في البلورة لتشكيل تيار كهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط موصلية مسحوق الجرافيت الاصطناعي ارتباطًا وثيقًا بنقاءها ودرجة الجرافيت. بشكل عام ، كلما ارتفعت نقاء المسحوق وارتفاع درجة الجرافيت ، كلما كان الموصلية أفضل.
1. تأثير التركيب البلوري والتكوين الكيميائي للجرافيت على الموصلية
نظرًا لأن ذرات الكربون من الجرافيت مرتبة في شكل قرص عسل سداسي ، فهي بنية بلورية. كل ذرة الكربون تطلق إلكترونًا واحدًا ، والذي يمكن أن يتحرك بحرية في البلورة لتشكيل تيار كهربائي. محتوى الكربون في مسحوق الجرافيت له تأثير مباشر على الموصلية. كلما ارتفع محتوى الكربون ، زادت درجة الجرافيت ، وكلما كان الموصلية أفضل.
2. تأثير النقاء على توصيل الجرافيت
ترتبط توصيلية مسحوق الجرافيت الاصطناعي ارتباطًا وثيقًا بنقهته. بشكل عام ، كلما ارتفعت نقاء المسحوق ، زادت درجة الجرافيت ، وكلما كان التوصيل أفضل. يعني مسحوق الجرافيت المرتفع- نقاء محتوى شوائب منخفض ، ويتم تقليل حاجز ناقل الحركة في بلورات الجرافيت ، وبالتالي تحسين الموصلية.
(1) يكون لدرجة الجرافيت تأثير كبير على توصيل مسحوق الجرافيت الاصطناعي.
تشير درجة الجرافيكية إلى درجة ترتيب بلورات الجرافيت في مسحوق الجرافيت ، والذي يرتبط مباشرة بتوصيل المادة. كلما ارتفعت درجة الرسومات ، زادت اكتمال الهيكل الطبقات من بلورات الجرافيت ، وكلما كان حاجز الإلكترونات أصغر حاجزًا بين الطبقات ، مما يجعل المادة أكثر توصيلًا.
(2) الآلية المحددة لتأثير درجة الجرافيت على الموصلية.
يحتوي مسحوق الجرافيت مع درجة عالية من الرسوم على بنية شعرية متطورة وذات بئر وذات بئر - ودرجة منخفضة من الأكسدة السطحية ، بحيث يمكن أن تظهر خصائص موصلة ممتازة. من خلال التحكم في درجة حرارة ووقت عملية الجرافيت ، يمكن تحسين درجة الجرافيت في مسحوق الجرافيت بشكل فعال ، وبالتالي تحسين خصائصه الموصلة.
درجة الحرارة أيضا تأثير كبير على توصيل الجرافيت. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تكون الإلكترونات في بلورة الجرافيت متحمسة للقفز إلى نطاق التوصيل ، ويزيد عدد الإلكترونات الحرة ، وتناقص المقاومة ؛ ولكن في الوقت نفسه ، تزداد اهتزاز الشبكة الحرارية ، وتزداد مقاومة تدفق الإلكترونات الحرة ، وزيادة المقاومة. لذلك ، فإن معامل درجة حرارة مقاومة الجرافيت سلبي في درجات حرارة منخفضة وإيجابية في درجات حرارة عالية.
3. القيمة الموصلة لمسحوق الجرافيت الاصطناعي
مع الخصائص المذكورة أعلاه ، يلعب مسحوق الجرافيت الاصطناعي دورًا مهمًا في الصناعة. على سبيل المثال ، في القطب السلبي للبطاريات الليثيوم - ، يمكن أن يعزز مسحوق الجرافيت الاصطناعي بشكل فعال ترحيل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية وتحسين شحن البطارية وكفاءة التفريغ بسبب الموصلية القوية والاستقرار العالي ؛ في الطلاءات الموصلة ، يمكن استخدام الموصلية العالية لإعداد الطلاءات المضادة للاتحاد لضمان التشغيل الآمن للمعدات الإلكترونية. عادة ما تكون مقاومة مسحوق الجرافيت الاصطناعي 8 - 13 × 10⁻⁶Ω · m (أي ، 8 - 13 micro - أوم · م) في درجة حرارة الغرفة. ترتبط هذه القيمة ارتباطًا وثيقًا بالهيكل الطبقات من الجرافيت - يمكن أن تهاجر الإلكترونات المجانية في روابط delocalized داخل الطبقة بسرعة ، مما يمنحها توصيلًا ممتازًا. في التطبيقات العملية ، يمكن أن تكون مقاومة بعض مساحيق الجرافيت الاصطناعية عالية الكثافة (مثل المواد الخام لأقطاب الجرافيت) منخفضة من 6.5-9.0 × 10⁻⁶Ω · م.
إن توصيل مسحوق الجرافيت الاصطناعي هو نتيجة لتفاعل بنيته المجهرية والخصائص الإلكترونية ونقاء المواد. من الإلكترونات الحرة في "الشبكة ذات الطبقات" إلى التصميم الهيكلي في التطبيقات العملية ، لا يوضح هذا "المسحوق الأسود" الخصائص الرائعة للكربون فحسب ، بل يعزز أيضًا التقدم التكنولوجي في مجال الطاقة الجديد وصناعة الإلكترونيات وغيرها من المجالات. مع تحسين تكنولوجيا معالجة المواد ، قد يتم تحسين الخصائص الموصلة لمسحوق الجرافيت الاصطناعي في المستقبل ، مما يوفر الدعم للتطبيقات الأكثر ابتكارًا.
