تُعزى الموصلية الكهربائية في الجرافيت في المقام الأول إلى بنيته البلورية الفريدة، والتي تتكون من طبقات من ذرات الكربون المرتبة سداسيًا. تتشكل هذه البنية من خلال عملية تسمى الجرافيتية، حيث يتم إعادة ترتيب ذرات الكربون من حالة غير متبلورة أو غير مرتبة إلى شكل بلوري عالي الترتيب.
شرح تفصيلي:
-
التركيب البلوري للجرافيت:
-
تتميز بنية الجرافيت بطبقات من ذرات الكربون مرتبة في نمط سداسي الشكل. وترتبط كل ذرة كربون بثلاث ذرات كربون أخرى في نفس المستوى، مما يشكل رابطة تساهمية قوية داخل الطبقات. وترتبط هذه الطبقات ببعضها البعض بواسطة قوى فان دير فال الضعيفة، مما يسمح لها بالانزلاق فوق بعضها البعض بسهولة، وهو ما يساهم في تزييت الجرافيت.آلية التوصيل:
-
ترجع الموصلية الكهربائية العالية للجرافيت إلى عدم تمركز الإلكترونات داخل الطبقات السداسية. في الجرافيت، تستخدم كل ذرة كربون ثلاثة من إلكتروناتها لتكوين روابط تساهمية مع ذرات الكربون المجاورة، تاركةً إلكترونًا واحدًا غير متمركز. وتكون هذه الإلكترونات غير المتمركزة حرة الحركة داخل مستوى الطبقات، مما يتيح تدفق التيار الكهربي. وهذا هو السبب في أن الجرافيت موصل ممتاز للكهرباء على طول مستوى طبقاته.
-
تأثير درجة الحرارة والسمك:
يمكن أن تختلف التوصيلية الكهربائية للجرافيت باختلاف درجة الحرارة والسمك. وعمومًا، تزداد توصيلية الجرافيت الكهربائية مع درجة الحرارة حتى نقطة معينة، وبعد ذلك قد تنخفض. ويرجع ذلك إلى أن الطاقة الحرارية المتزايدة تعزز حركة الإلكترونات غير المتمركزة. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما تُظهر مكونات الجرافيت الأقل سمكًا مقاومة أعلى مقارنةً بالمكونات الأكثر سمكًا، وذلك بسبب زيادة تأثير التأثيرات السطحية وعيوب الحواف.
التطبيقات والتحسينات:
