グラファイトの室温での熱伝導率は際立って高く、多くの一般的な金属を上回ることが多い。
グラファイトの熱伝導率は、炭素原子が六角形の格子に並んだ層からなる独特の構造に影響されている。
これらの層は互いに弱く結合しており、層内での熱の移動は容易だが、層間での熱の移動は少ない。
5つのポイント
1.構造と熱伝導率
グラファイトの高い熱伝導性は、主にその層構造に起因する。
各層内では、炭素原子が密に充填され、強く結合しているため、非局在化電子と格子振動（フォノン）を介した効率的な熱伝導が促進される。
この層内伝導性は非常に高く、グラファイトの全体的な優れた熱伝導性に寄与している。
2.金属との比較
参考文献によると、グラファイトの熱伝導率は、鉄、鉛、鋼鉄の熱伝導率よりも大きい。
金属は一般的に熱伝導率が良いことで知られているため、これは重要なことである。
例えば、黒鉛棒の熱伝導率は、ステンレス鋼の4倍、炭素鋼の2倍である。
3.温度依存性
興味深いことに、グラファイトの熱伝導率は、ある一定の温度までは温度とともに増加する。
格子振動の増大が熱の流れを乱すため、一般に導電率は温度の上昇とともに低下する。
グラファイトの場合、層間結合が弱いため熱の流れが乱れにくく、高温でも高い熱伝導率を維持できる。
4.用途と材料特性
黒鉛は熱伝導率が高いため、原子力、冶金、半導体、太陽電池など様々な高温用途に適している。
特に、粒子が細かく純度の高い等方性黒鉛は、耐熱性、耐薬品性、耐熱衝撃性、電気伝導性に優れ、高く評価されている。
5.環境への配慮
黒鉛は酸素に弱く、高温で空気に触れると熱的性質が劣化するので注意が必要である。
酸化は500℃前後で始まり、時間の経過とともに構造的な欠陥につながる可能性がある。
そのため、高温用途では、黒鉛の特性を維持するため、真空または不活性ガス環境で使用されることが多い。
要約すると、グラファイトは室温で高い熱伝導性を示すが、これはその層構造と層内の強い共有結合の結果である。
この特性は、他の有利な特性とともに、グラファイトを多くの高温・高性能用途における貴重な材料にしている。
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