الجرافيت موصل جيد للكهرباء والحرارة. ويرجع ذلك إلى بنيته البلورية الفريدة من نوعها، والتي تتكون من طبقات من ذرات الكربون المرتبة بشكل سداسي. وتسمح هذه الطبقات بحركة الإلكترونات والحرارة بكفاءة، مما يجعل الجرافيت موصلًا ممتازًا للكهرباء.
شرح التوصيلية الكهربائية:
تُعزى التوصيلية الكهربائية للجرافيت إلى بنيته، حيث ترتبط كل ذرة كربون تساهمياً بثلاث ذرات كربون أخرى في شبكة سداسية الشكل. ويكون الإلكترون الرابع في كل ذرة غير متمركز عبر مستوى الطبقة، مما يشكل "بحرًا" من الإلكترونات الحرة الحركة. ويسمح عدم تمركز الإلكترونات هذا للجرافيت بتوصيل الكهرباء. تكون الموصلية عالية بشكل خاص داخل الطبقات بسبب الإلكترونات الحرة الحركة، على الرغم من أنها أقل فعالية بين الطبقات بسبب ضعف القوى البينية بين الطبقات.شرح التوصيلية الحرارية:
الموصلية الحرارية للجرافيت عالية أيضًا، خاصةً داخل طبقات بنيته. وتؤدي نفس الإلكترونات غير المتمركزة التي تسهل التوصيلية الكهربائية دورًا في التوصيلية الحرارية أيضًا من خلال نقل الحرارة عبر المادة. وبالإضافة إلى ذلك، تسمح الروابط التساهمية القوية داخل الطبقات بنقل الطاقة الاهتزازية (الفونونات) بكفاءة، وهي آلية أخرى لتوصيل الحرارة. يمكن أن تزداد الموصلية الحرارية للجرافيت مع ارتفاع درجة الحرارة، على عكس العديد من المواد الأخرى حيث تنخفض.
تطبيقات تبرز التوصيلية الحرارية:
تُستخدم الموصلية العالية للجرافيت في تطبيقات مختلفة، مثل أقطاب أفران القوس الكهربائي وبطاريات الليثيوم أيون، حيث تُعد قدرته على توصيل الكهرباء والحرارة أمرًا بالغ الأهمية. في أفران القوس الكهربائي، تقوم أقطاب الجرافيت بتوصيل التيارات العالية اللازمة لتوليد الحرارة الشديدة المطلوبة لصهر الفولاذ. وفي بطاريات أيونات الليثيوم، يعمل الجرافيت كمادة أنود لتوصيل الإلكترونات أثناء عملية التفريغ.
