يتضمن مبدأ جرافيت الكربون بشكل أساسي عملية تكوينه وخصائصه الفيزيائية والكيميائية.
مبدأ التكوين
يتم تحقيق تكوين جرافيت الكربون بشكل أساسي عن طريق المعالجة بدرجة حرارة عالية للمواد الكربونية. في ظل بيئة ذات درجة حرارة عالية، يتم إعادة ترتيب ذرات الكربون وتجمعها، وتتغير من بنية غير منتظمة إلى بنية ذات طبقات مرتبة لتكوين الجرافيت. تتضمن العملية المحددة الخطوات التالية:
عزل الهواء وتقوية الحرارة: تسخين عنصر الكربون على درجة حرارة عالية لتجنب تفاعل الأكسدة.
آلية تحويل الكربيد: تشكل مادة الكربون الكربيد مع معادن مختلفة، ثم تتحلل إلى بخار معدني وجرافيت عند درجة حرارة عالية. تعمل هذه المعادن كمحفزات في عملية الجرافيت.
نظرية إعادة البلورة: توجد بلورات جرافيت صغيرة للغاية في المادة الخام للكربون. تحت درجة حرارة عالية، يتم لحام هذه البلورات معًا بواسطة تفرد ذرات الكربون لتكوين بلورات جرافيت أكبر.
نظرية نمو البلورات الدقيقة: تحت تأثير الحرارة، تخضع المركبات العطرية متعددة الحلقات لسلسلة من تفاعلات الانحلال الحراري، وتولد أخيرًا مجموعات ضخمة من الجزيئات المستوية، وتشكل مستوى شبكة كربون سداسية مكدسة بشكل عشوائي، أي البلورات الدقيقة.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الجرافيت هو أحد أشكال الكربون، حيث ترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات كربون أخرى بواسطة روابط تساهمية. لا تزال كل ذرة كربون تحتفظ بإلكترون حر واحد لنقل الشحنة، لذلك يستطيع الجرافيت توصيل الكهرباء. يتميز بخصائص كيميائية مستقرة، ومقاوم للتآكل، وليس من السهل التفاعل مع الأحماض والقلويات والعوامل الأخرى. يتكون الهيكل البلوري للجرافيت من طبقات ويتكون من العديد من الأشكال السداسية، مما يجعله يتمتع بموصلية جيدة ومداهنة جيدة.
