黒鉛は電気と熱をよく通す。
これは、炭素原子が六角形に並んだ層からなる独特の結晶構造によるものである。
これらの層が電子と熱の効率的な移動を可能にし、グラファイトを優れた導体にしている。
1.電気伝導率の説明
グラファイトの電気伝導性は、各炭素原子が六角形の格子内で他の3つの炭素原子と共有結合している構造に起因する。
各原子の4番目の電子は、層の平面を横切って非局在化し、自由に移動できる電子の「海」を形成している。
この電子の非局在化により、グラファイトは電気を通すことができる。
層間力が弱いため層間ではあまり効果がないが、自由に動く電子により層内では特に高い導電性を示す。
2.熱伝導率の説明
グラファイトの熱伝導率も、特に層内で高い。
電気伝導性を促進する同じ非局在化電子は、材料を通して熱を運ぶことにより、熱伝導性でも役割を果たしている。
さらに、層内の強い共有結合は、振動エネルギー（フォノン）の効率的な伝達を可能にし、これが熱伝導のもう一つのメカニズムである。
グラファイトの熱伝導率は、他の多くの材料が低下するのとは異なり、温度とともに上昇する。
3.導電性を強調する用途
黒鉛の高い導電性は、電気アーク炉の電極やリチウムイオン電池など、電気と熱の両方を伝導する能力が重要な様々な用途に利用されている。
電気アーク炉では、黒鉛電極が鉄鋼の溶解に必要な高熱を発生させるために必要な大電流を伝導する。
リチウムイオン電池では、黒鉛は負極材として、放電過程で電子を伝導する。
4.結論
黒鉛は、六角形に配列した炭素原子の層によって特徴づけられるユニークな結晶構造を持ち、優れた電気伝導性と熱伝導性を備えている。
このような特性により、黒鉛は多くの高温および導電性用途において貴重な材料となっている。
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