黒鉛は電気をよく通す。
この導電性は、炭素原子が互いに滑りやすい層状に配置され、電子が自由に移動できるユニークな構造によるものである。
この特性により、黒鉛は電気伝導性を必要とする様々な用途に優れた材料となっている。
1.黒鉛の電気伝導性の説明
黒鉛の導電性は、主にその分子構造に起因する。
黒鉛の各炭素原子は、六角形の平面構造で他の3つの炭素原子と結合している。
このため、各原子の1個の電子は、層の平面内で自由に動くことができる。
この非局在化した電子が動きやすいため、グラファイトは電気を通すことができる。
導電性は、層内では特に高いが、層間では層同士をつなぐファンデルワールス力が弱いため、著しく低くなる。
2.応用と強化
グラファイトの導電性は、3000℃まで加熱することで向上させることができ、酸化を防ぐために真空または不活性ガス条件下で行われることが多い。
この熱処理によって黒鉛の特性が改善され、高温用途や複合材料の成分としてより適するようになる。
例えば、黒鉛発熱体は高温炉で使用され、その完全性と効率を維持するために、電圧を下げ、電流を高くして運転する必要がある。
3.黒鉛の異方性
黒鉛は異方性を示し、その特性は測定方向によって変化する。
非等方性黒鉛では、成形軸に垂直な方向の耐久性と電気伝導性が低い。
これに対し、等方性黒鉛は、成形に好ましい方向がなく、その特性は方向に関係なく一貫している。
この特性の一貫性は、均一な導電性が要求される用途では極めて重要である。
4.他の材料との比較
グラファイトの電気伝導率は、多くの金属よりも際立って高い。
例えば、カーボングラファイトロッドの導電率は、ステンレス鋼の4倍、炭素鋼の2倍です。
この優れた導電性と熱伝導性を併せ持つ黒鉛は、高い導電性が有利な発熱体やその他の用途に最適です。
5.まとめ
まとめると、グラファイトが電気を効率的に伝導する能力は、その分子構造と非局在電子の移動度の直接的な結果である。
この特性は、熱伝導性と高温に対する耐性とともに、黒鉛を多くの産業用途で貴重な材料にしている。
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