黒鉛は金属ではないが、電気をよく通す。
導電性を理解するための5つのポイント
1.化学組成と構造
黒鉛はすべて炭素原子で構成されている。
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。
これらの六角形の平面は、それらの間に弱いファンデルワールス力を持ちながら、積み重なるように配置されている。
この層状構造により、電子は面内を容易に移動することができ、導電性に寄与している。
2.電気伝導性
グラファイトの電気伝導性は、主に六方晶炭素層内での電子の非局在化によるものである。
グラファイトでは、各炭素原子が、グラファイト格子全体に広がるπ電子の非局在化システムに1個の電子を寄与している。
この非局在化により、電子は自由に動くことができ、グラファイトは優れた電気伝導体となっている。
3.金属との比較
金属も電気をよく通すが、そのメカニズムは異なる。
金属では、価電子が固体全体に非局在化し、「電子の海」を形成することで導電性を実現している。
グラファイトの導電性は、その効果は似ているが、異なる構造配置と電子の振る舞いから生じている。
4.用途と特性
グラファイトは熱伝導率が高く、高温に強いため、金属を溶かすための坩堝（るつぼ）など、さまざまな用途に使われている。
また、複合材料における黒鉛の使用や、高温環境における黒鉛の役割についても触れている。
黒鉛の導電性は、こうした用途では極めて重要であり、従来の金属が酸化したり強度を失ったりするような高温環境など、特定のシナリオでは黒鉛が一部の金属を上回ることが多い。
5.特性の向上
本文では、グラファイトを高温に加熱することでその特性を向上させ、高温用途にさらに適するようにする方法についても述べている。
この処理により、熱伝導性と電気伝導性が向上し、これらの特性を必要とする産業において貴重な材料となる。
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