خواص الجرافيت

مقدمة

لماذا الجرافيت مميز هل هو مميز؟ إنه قوي وزلق. ينقل الكهرباء بسهولة. ومقاوم للتآكل في درجات الحرارة العالية. سوف تتعلم المزيد عن خصائص الجرافيت هنا. سوف نلقي نظرة عن كثب من وجهة نظر ما يجعل الجرافيت مادة مثالية للاستخدام الآلي. إذا كنت تريد أن ترى كيف يساعد الجرافيت المهندسين، تابع القراءة.

فهم الخواص الفيزيائية للجرافيت!

الجرافيت مصنوع من الكربون. الطبقات ناعمة وتتحرك بسهولة. كل طبقة مسطحة. تشمل خصائص الجرافيت وزنه الخفيف، حوالي 2.26 جم/سم مكعب. يمكنك الوصول إليه ولمسه وهو زلق. هكذا يُستخدم لنقل الكهرباء من خلاله. يستخدم الجرافيت في البطاريات وأقلام الرصاص أيضًا.

كما أنه لا يذوب فقط عند درجة حرارة 3550 درجة مئوية فائقة السخونة فحسب، بل إنه قوي جدًا أيضًا. وهذا الشيء الخاص هو ما يجعله جيدًا داخل الآلات. يختلف الجرافيت عن الماس ولكنه مفيد للغاية. يمكن أن يكون الكربون أيضًا بدرجات مختلفة من الكربون؛ فكلاهما كذلك ولكنهما يعملان بشكل مختلف.

الخواص الكيميائية للجرافيت!

- خمول عالٍ

الجرافيت ليس من السهل تغييرها. معظم المواد الكيميائية لا تتغير. الإلكترونات الموجودة في ذرات الكربون في الجرافيت قوية للغاية. الجرافيت آمن لأنها مرتبة في طبقات، فهو لا يتآكل في الحمض أو القاعدة. من ناحية أخرى، يمكنك استخدام الجرافيت في المصانع ويعمل عند درجة حرارة 3600 درجة مئوية!

هذا هو السبب في أنها جيدة في الآلات الكبيرة. فهو يعمل في درجات حرارة عالية جدًا يمكنك الوثوق به. في المفاعلات النووية أيضًا، الجرافيت قوي. ستجد أنه يدوم لفترة أطول من أي مادة أخرى تقريبًا. هذه هي الطريقة جينسون كاربون يصنع أقطابًا كهربائية من الجرافيت يمكنها الاستمرار في العمل في المصانع تحت حرارة عالية، لفترة طويلة.

- مقاومة الأكسدة

الجرافيت قوي. لن ينكسر عند تسخينه. لا يتفاعل مع الأكسجين عند درجة حرارة أقل من 600 درجة مئوية. وهذا يعني أنه آمن للمصانع. يُستخدم في الأفران (إذا كنت تستخدمه في إنشاء أقطاب كهربائية).

تشمل خصائص الجرافيت قوته عندما تسخن الأشياء. وذلك لأن الجرافيت يحمي نفسه من الانكسار ويدوم لفترة أطول. في مصانع المعادن حيث تكون الحرارة عالية جدًا، فأنت تريد استخدامه. كل شيء يبقى آمنًا وقويًا. توفر Jinsun Carbon أقطاب الجرافيت لمصانع المعادن التي تتحمل الحرارة الشديدة بأمان.

- مقاومة الأحماض

الجرافيت آمن في الحمض. فهو لا يتفاعل عند وضعه في حمض قوي، مثل حمض الكبريتيك. يوجد في البطاريات أو في المصانع الكيميائية. هذه المادة جيدة تعمل في الأماكن الصلبة.

يدوم الجرافيت لأن الذرات مترابطة بقوة. خصائص الجرافيت تعني أنه لا يتغير، حتى في الأحماض. فهو يحافظ على الآلات في حالة تشغيل. وفي العديد من الصناعات التي لا يمكن فيها كسر المواد الأخرى إلا بحمض قوي، يتم استخدامه.

- مقاومة القلويات

في القلويات، يظل الجرافيت قويًا. لا يتفاعل مع المواد الكيميائية القوية، مثل هيدروكسيد الصوديوم. من الصعب تكسيره. تحتاج إلى أشياء تدوم في مصنعك.

يقاوم الجرافيت المواد الكيميائية التي يمكن أن تلحق الضرر بأشياء أخرى. الجرافيت آمن لأن ذرات الكربون تحافظ عليه كذلك. يتمتع بمقاومة عالية للقلويات؛ ويمكن استخدامه في الأماكن التي لا تدوم فيها المواد الأخرى طويلاً. يعمل عندما تسوء الأمور، ومع ذلك فهو يعمل عندما تسير الأمور بشكل صحيح.

- الاستقرار الحراري

الجرافيت مستقر في الحرارة. يمكن أن يتحمل درجات حرارة تصل إلى 3600 درجة مئوية. ولن ينصهر. ولكن تبقى طبقات الكربون قوية وآمنة. ويمكن استخدامه في الآلات شديدة الحرارة مثل الدروع الحرارية وأجزاء الصواريخ.

الحرارة أيضًا في الجرافيت تسير بشكل جيد. وهذا هو سبب وجوده في الإلكترونيات. فهو يحافظ على برودة الآلات. استقراره الحراري هو أحد أفضل خصائص الجرافيت. إنه في العديد من الأماكن ذات الحرارة العالية لذا تعمل الأشياء بشكل أفضل. في هذه الظروف القاسية؟ لا مشكلة كربون جينسون تتفوق منتجات الجرافيت.

جدول الخواص الكيميائية للجرافيت!

الخواص الميكانيكية وقوة الجرافيت!

- قوة الشد المنخفضة

سحب الجرافيت ليس قويًا. فهو الذي يمكن أن ينكسر بقوة 20-25 ميجا باسكال. عندما تسحب الجرافيت، فإنه ينكسر لأنه لا يتحمل هذا القدر من القوة. وعند شده، تنزلق طبقاته الكربونية. أما الأشياء التي تزيد قوة شدها عن 500 ميجا باسكال فهي أقوى: الفولاذ على سبيل المثال.

عندما تفكر في خواص الجرافيت، تذكر أنه لا يمكنه التعامل مع التمدد بشكل جيد. فهو ينكسر بسهولة إذا تم سحبه بشدة. وتعني قوة الشد مقدار الشد الذي يمكن وضعه على شيء ما قبل أن ينكسر.

- قوة ضغط عالية

إذا ضغطت على الجرافيت، يصبح قوياً جداً. يمكن لهذا الشيء أن يضع ضغطًا يصل إلى 150 ميجا باسكال فوقك. ويبقى قوياً إذا ضغطت عليه. حتى تحت الكثير من القوة، يصعب سحق طبقات الجرافيت. إنه قوي لأن الذرات السداسية تساعد في الحفاظ على قوته عند الضغط عليه.

عندما تفكر في خصائص الجرافيت، ترى أنه جيد في التعامل مع الضغط. كما أن قوته وقوة ضغطه تجعله مرشحًا جيدًا للاستخدام في الأختام التي يجب أن تظل محكمة الإغلاق.

- سلوك متباين الخواص

الطريقة التي تدفعه بها تُحدث فرقًا بالنسبة للجرافيت. فهو يتمزق بسهولة في اتجاه واحد. وهو قوي ضد الضغط في اتجاه آخر. هذا متباين الخواص وفقًا للمهندسين.

ويؤدي سحبها إلى انزلاق طبقات الكربون بعيدًا عن بعضها البعض، ولكنها تقاوم الضغط. هذه الخصائص للجرافيت تجعله مميزًا لأشياء مثل أقطاب كهربائية. حتى أنه يوصل الكهرباء بطريقة أفضل من الأخرى.

- معامل المرونة

ينحني الجرافيت تحت الضغط، ولكن ليس كثيرًا. يبلغ معامل مرونته 10-15 جيجا باسكال. الصلابة هي ما يخبرك به معامل المرونة. ينحني الجرافيت قليلاً عند الضغط عليه، لكنه ينثني مرة أخرى.

وكمثال على ذلك، فإن الصلب أكثر صلابة مع 200 جيجا باسكال. إنه أكثر ليونة، نظرًا لأنه كذلك، ولكنه مع ذلك يتمتع بقوة جيدة. كما أن مرونته تعني أنه يمكن أن ينحني ويعيد النقع.

- صلابة الكسر

إذا دفعت الجرافيت بقوة، فإنه يتشقق بسهولة. تبلغ صلابته في الكسر من 0.5 إلى 1.5 ميجا باسكال-م1¹/م². إذا لم تكن حريصًا، فإنك إذا لم تكن حريصًا، تضغط عليه فيتشقق بسرعة. وبمجرد أن يبدأ التشقق في الانتشار.

لا يتحمل الجرافيت التشققات بشكل جيد، لذا يجب على المهندسين التعامل معه بعناية. إنه جيد تحت الضغط، لكنه ينكسر إذا تم سحبه أو ضربه بقوة. وفيما يتعلق بصلابة الكسر، فأنت تعرف مدى تحمل المادة للضرب قبل أن تفقد شكلها.

جدول الخواص الميكانيكية وقوة الجرافيت!

الموصلية الكهربائية للجرافيت!

- الإلكترونات الحرة

يحتوي الجرافيت على إلكترونات حرة. تحتوي ثلاث من ذرات الكربون الأربع على ثلاثة إلكترونات تدخل في روابط. يتحرك إلكترون واحد بحرية. وهذا يجعل الكهرباء تتحرك. هناك حوالي 6 × 10 ¹¹⁸ إلكترونات حرة في سم مكعب واحد في الجرافيت. وهي تتحرك ذهاباً وإياباً بين الطبقات. لهذا السبب تقوم بتوصيل الطاقة.

وهذا يجعله مفيدًا، لأن الأنواع الأخرى من الكربون لا تعمل بشكل جيد. خصائص الجرافيت تجعله مختلفًا عن الماس. يمكن استخدام الجرافيت في الأشياء السريعة الحركة الكهربائية. تُصنع أقطاب الجرافيت المستخدمة في الصلب والمعادن من قبل شركة جينسون للكربون التي تصنع أقطاب الجرافيت عالية الجودة.

- هيكلية الطبقات

يوجد العديد من الطبقات الرقيقة من الجرافيت. تشكل الذرات شكلًا سداسيًا. تنزلق بسهولة. القوى الضعيفة، قوى فان دير فال، تمسك الطبقات. تفصل بين الطبقات 3.35 Å.

وهذا يسمح للإلكترونات بالانتقال بين الطبقات. تعرض كل طبقة رابطة قوية تبلغ 1.42 Å بين ذرات الكربون. خصائص الجرافيت تجعله ناعمًا وجيدًا للعديد من الاستخدامات. وتساعده على بناء الكهرباء بشكل أفضل. تُستخدم الهياكل الطبقية في أقطاب كربون جينسون للحصول على أعلى أداء.

- موصلية عالية

الجرافيت موصِّل جيد للكهرباء. ففيه تتحرك إلكترونات π الخاصة به بحرية. وتشكل سحابة إلكترونية تعمل بشكل أفضل. التوصيل حتى 10³ S/m. يمكن العثور عليها في البطاريات وفي الأدوات الكهربائية.

في الواقع، توصيل الجرافيت أفضل من معظم اللافلزات. فالإلكترونات لا تلتصق بأي ذرة حتى تعمل بهذه الطريقة. يمكنك حتى رؤية ذلك في الأدوات اليومية مثل أقلام الرصاص والبطاريات.

- التوصيل متباين الخواص

في الجرافيت، تتدفق الكهرباء بشكل مختلف في اتجاهات مختلفة. فهي سريعة للغاية على طول الطبقات. لدينا هنا سرعة الكهرباء 10⁵ S/م. وتكون أبطأ بين الطبقات حيث تكون الروابط أضعف.

وهذا ما يجعل الجرافيت أمرًا جيدًا عندما تحتاج إلى أن تكون الكهرباء في اتجاه واحد، لأنها يمكن أن تتدفق في اتجاه واحد فقط. وهذا ممكن بفضل الطبقات. وتضمن لك Jinsun Carbon أفضل جودة توصيل متباين الخواص لاحتياجاتك.

- إلكترونات Π غير متمركزة

تتحرك الإلكترونات π على طبقات الجرافيت. فهي لا تلتصق بذرة واحدة فقط. في الواقع، يتحرك التيار بشكل جيد عبر الجرافيت. الذرات في الجرافيت على هذا الشكل الذي يسمى sp². وهذا يعني وجود إلكترون واحد حر. يمكن للكهرباء أن تمر بسهولة عبر طبقات النيتروسليلوز.

الخواص الحرارية للجرافيت!

- موصلية حرارية عالية

والسبب في تميز الجرافيت هو أنه ينقل الحرارة بسرعة كبيرة. فهو قادر على إرسال الحرارة بسرعة 200 إلى 800 واط/م-ك. تنتقل الحرارة بعيدًا في الجرافيت بسبب الطبقات. ويستخدم في الإلكترونيات حيث يمكن للأشياء أن تصبح ساخنة جدًا، ويستخدمه المهندسون. لكن كما ترى، يمكن لبعض أنواع الجرافيت أن تصل إلى 1700 واط/م-ك.

هذا سريع جداً! تُستخدم هذه الخصائص في أجزاء مثل المشتتات الحرارية للتبريد. خصائص الجرافيت تجعله رائعاً لنقل الحرارة من أجهزة الكمبيوتر والأضواء.

- تبديد الحرارة

التخلص من الحرارة هو الغرض من الجرافيت. في البيئات الحارة يبرد بسرعة كبيرة؛ فهو لا يحتفظ بالحرارة. وهو مفيد للآلات مثل أجهزة الكمبيوتر.

يمكن للجرافيت قبول 700 واط/م-ك من الحرارة. فهو يوفر نشر الحرارة بعيدًا عن الأماكن الساخنة بسرعة. كما ترى، فإن خصائص الجرافيت مثل هذه مهمة في الحفاظ على الآلات من السخونة الزائدة. ويمكن إثبات ذلك في أجهزة مثل وحدات المعالجة المركزية ومصابيح LED التي تعمل بقوة.

- مقاومة درجات الحرارة

عندما تضع الجرافيت تحت ضاغط فائق السخونة، فإنه يبقى قويًا. فهو يذوب عند درجة حرارة 3600 درجة مئوية ويصمد أمامها. يُستخدم في بيئة مثل الفرن، أو حتى في سفينة الفضاء حيث تسخن الأشياء بشدة. إنه رائع للأعمال الشاقة حقًا، أشياء مثل الفرن أو الصاروخ الفضائي. كما أنه لا ينكسر عندما يبرد أيضًا، لذا فهو جيد في الكثير من الأماكن.

- التمدد الحراري

لا يتغير شكل الجرافيت كثيرًا عندما يصبح ساخنًا. فهو بالكاد ينمو، فقط حوالي 1-2 × 10 ⁶/ درجة مئوية، ولن ينحني أو يتشقق في درجات الحرارة العالية. لذا، فهو رائع لأشياء مثل أجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك، التي يجب أن تتناسب بدقة شديدة مع بعضها البعض حتى لو ارتفعت درجة حرارتها.

- السعة الحرارية النوعية

لا يحتاج الجرافيت إلى الكثير من الحرارة للاحتفاظ بالجرافيت. السعة الحرارية النوعية هي 720 جول/كجم.كلفن. يجب ضخ الكثير من الطاقة لكي يسخن. يمكن العثور على الجرافيت في الأشياء التي تخزن الحرارة، مثل البطاريات.

ولهذا السبب يستخدم الجرافيت في آلات الطاقة والمعادن. فهو يخزن الحرارة دون أن يسخن بسرعة كبيرة.

جدول الخواص الحرارية للجرافيت!

الخواص الهيكلية والذرية للجرافيت!

- شعرية سداسية الشكل

الكربون في الجرافيت صغير جداً. فهي تقع في شكل سداسي الشكل. وهي مسطحة مثل الأشكال السداسية الورقية. وهي متباعدة بمقدار 3.35 Å. الروابط القوية تسمى روابط سيجما التي تربط الذرات ببعضها البعض. تحت مجهر خاص، يمكنك رؤية هذا النمط السداسي الشكل. الجرافيت موصل للكهرباء عبر طبقاته.

هذا الشكل يجعلها زلقة. تُصنع الأشياء من الجرافيت، مثل أقلام الرصاص والآلات. فهو قوي ومرن، لكنه ليس قويًا وصلبًا أبدًا. هذا التصميم السداسي الشكل مهم لخصائص الجرافيت.

- قوى دير فالس

الجرافيت أملس بما يكفي للمس. لكن هذه الطبقات يمكن أن تنزلق بسبب القوى الضعيفة. وتسمى قوى فان دير فال هذه القوى. إنه غراء ناعم، ويعمل مثل الغراء بين الطبقات.

وتبلغ المسافة بين الطبقات 3.35 Å. وهذا يعني أن هذه الروابط الضعيفة تمكن الجرافيت ليعمل كمادة تشحيم.. عندما تفركه، تتحرك الطبقات. وهذا هو السبب في أن خصائص الجرافيت تجعله مثاليًا لأقلام الرصاص. وترجع نعومته إلى أهمية قوى فان دير فال.

- هيكلية الطبقات

الجرافيت هو كومة من الأوراق. الأوراق هي في الواقع طبقات من ذرات الكربون. وهي مرتبة في صفائح مسطحة. وتبقى هذه الطبقات متباعدة لأن هناك قوى ضعيفة بين الطبقات.

ومع ذلك، فإنهما ينزلقان على بعضهما البعض. ولهذا السبب لا ينكسر الجرافيت بسهولة. فهو قادر على تحمل حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية. كما أنه مفيد للمصانع بفضل هذه الطبقات القوية. فالطبقات لا تذوب بل وتنحني. الطبقات مهمة للهيكل والصناعات التي يستخدم فيها الجرافيت.

- صفائح الكربون المستوية

يتكون الجرافيت من طبقات مسطحة رقيقة. وتسمى صفائح الكربون. لا يفصل بينها سوى 3.35 Å؛ لا يمكنك رؤيتها، لكنها كذلك. هكذا يصبح الجرافيت قوياً.

وبمجرد كربنتها، فإنها تجعلها موصلة جيدة للحرارة والكهرباء. وتمنح طبقات الكربون هذه الجرافيت مرونة في التصنيع، وتستخدمها المصانع. كما يمكن استخدام هذه الطبقات في أشياء مثل البطاريات. الجرافيت مميز لأن الصفائح المسطحة من الكربون.

- تهجين Sp²

مثل الجرافين، يتكون الجرافيت من ذرات كربون ترتبط في ثلاثة اتجاهات. تسمى المدارات الهجينة Sp² هذه الروابط. وهي تشبه الأذرع المتشابكة. يوجد إلكترون حر واحد لكل ذرة.

عندما يتحرَّك الإلكترون يمكن أن يساعد في توصيل الكهرباء. الطبقات قوية، ولكن يسهل انزلاقها بسبب هذه الروابط. وهذا هو سبب استخدام الجرافيت في أقلام الرصاص والآلات. تتحدد قوة الطبقات وكيفية تحرك الطبقات من خلال نظام الترابط هذا.

التطبيقات القائمة على خواص الجرافيت!

- البوتقات

الجرافيت قوي. يمكن أن يدوم في الأماكن الحارة جداً. يستخدم الجرافيت كمادة بوتقة. يمكنه تحمل حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية. في هذه البوتقات يمكنك صهر الذهب والفضة. إن خواص الجرافيت تساعد في جعل البوتقات صلبة. لا تنكسر في المرة الأولى التي تبردها فيها.

ومع ذلك، يتم ضغط الجرافيت في شكله عند 1,000 درجة مئوية. وتبلغ كثافة هذه البوتقات 1.7 جم/سم مكعب. ولكنها لا تتمدد كثيرًا، حيث تبلغ 4.9 × 10 ⁶/ درجة مئوية فقط. ولذلك، فإنها تدوم لفترة أطول عند استخدامها عدة مرات.

- المواد الحرارية

يُصنع الفولاذ من مواد حرارية. تحتوي هذه المواد على الجرافيت في داخلها. على سبيل المثال، تعمل في أماكن شديدة الحرارة تصل إلى 2,500 درجة مئوية. وهي موجودة في أفران صناعة الصلب.

تحافظ خواص الجرافيت على سلامة المواد من انصهار المعدن. ذلك لأن المعدن يصبح ساخنًا جدًا. يوجد جرافيت 20% بالداخل. وهو ما يساوي ثلث 300 واط/م-ك. تتوقف الشقوق أيضًا على الجرافيت. وهذا يمنع كل شيء من التطاير وإضعاف الأشياء لفترة طويلة.

- الأقطاب الكهربائية

قوي أقطاب كهربائية مصنوعة بمساعدة الجرافيت. مثل 100,000 أمبير، يمكن لهذه الأقطاب الكهربائية أن تحمل كهرباء كبيرة جدًا. وهي تعمل عند درجة حرارة 3000 درجة مئوية أو أكثر.

يحتوي الجرافيت على ما يسمى بطبقات خاصة تسمح للكهرباء بالتحرك بسرعة. تبلغ كثافته 1.55-1.60 جم/سم مكعب في كل قطب كهربائي. وهو يحافظ على كل شيء من الحرارة وكذلك الطبقات أيضًا. في الماكينات الكبيرة تستخدم الجرافيت لصنع الفولاذ. حتى أن الأشياء يمكن أن تصبح شديدة السخونة وتظل تعمل.

- البطاريات

يتم تخزين الطاقة في البطاريات. يخزن الجرافيت الطاقة بأمان. يحتوي على أجزاء صغيرة تسمى الأنودات، حيث تحتفظ البطارية بالطاقة. وتبلغ سعة الطاقة فيها 372 مللي أمبير/غرام.

ينمو فقط 1% (من الجرافيت) عند الشحن. تكمن مشكلة الجرافيت في أنه يذوب فقط عند درجة حرارة 3,550 درجة مئوية، ولكنه قوي للغاية. فقط هذه القطع الصغيرة جداً من الجرافيت التي يتراوح حجمها بين 10 و25 ميكرون. تمنع الطاقة من التدفق بسلاسة في البطارية.

- الأختام الميكانيكية

مانعات التسرب الميكانيكية توقف التسرب. موانع تسرب الجرافيت قوية ولا تتآكل حتى تستخدمها. حتى عند درجة حرارة تصل إلى 2,500 درجة مئوية، يمكنها القيام بعملها. إنها صلبة، 2.2 جم/سم مكعب، مانعة للتسرب، ضد المواد الكيميائية. مانع التسرب زلق مصنوع من الجرافيت لذلك لا يحتاج إلى زيت. وهذا يحافظ على تشغيل الماكينة لفترة طويلة جدًا دون أن تسقط الماكينة.

الخاتمة

الجرافيت مفيد. حتى في الحرارة، يبقى قوياً. تساعده خصائص الجرافيت على العمل في الآلات. فهو يدخل في البطاريات وأشياء أخرى. تعرف على معلومات عن الجرافيت! في الواقع، احصل على المزيد في جينسونكاربون الآن.