黒鉛は、そのユニークな原子構造によって電気を通すことができ、電子の動きを可能にする。しかし、黒鉛の導電性は、その厚さ、配向性、使用条件などによって変化する。
原子構造と導電性:
グラファイトは、六角形の層に配列された炭素原子で構成されている。各炭素原子は、同じ層内の他の3つの炭素原子と共有結合しており、各原子の1つの電子は非局在化し、自由に動くことができる。この非局在化した電子が層間を移動することで、グラファイトは電気を通すことができる。グラファイトの導電性は異方性であり、電子の流れる方向によって変化する。層に平行な方向では、非局在化電子が容易に移動できるため、導電率は高い。しかし、層に垂直な方向では、電子は層間の強い共有結合に打ち勝たなければ移動できないため、導電率はかなり低くなる。
- 導電率に影響を与える要因:厚さと方向:
- グラファイトの厚さは、一般的に薄いものよりも抵抗率が低い。黒鉛の配向性(等方性か非等方性か)も導電性に影響する。非等方性黒鉛では、構造的な配向のため、成形軸に垂直な方向の導電率が低くなる。温度:
- 黒鉛の導電率は温度によって変化する。通常、黒鉛の熱伝導率は、ある温度まで上昇し、その後低下する。これは、一般的に温度の上昇に伴い伝導率が低下する多くの金属とは異なる点である。環境条件:
グラファイトの導電率は、真空や不活性ガスの存在などの環境条件によっても影響を受けることがあり、耐熱性や全体的な性能に影響を与えることがあります。応用と強化
黒鉛の電気伝導性と高い熱伝導性は、発熱体や複合材料を含む様々な用途に有用です。黒鉛を高温(最高3000℃)にすることで、その特性を向上させることができ、高温用途に適している。