ما هو لون الجرافيت؟

في الحياة والصناعة، الجرافيت شائع ومهم للغاية، من خيوط أقلام الرصاص إلى مجالات الفضاء لها شكلها. عندما يتعلق الأمر بلون الجرافيت، يعتقد معظمنا أنه أسود. في الواقع، يتأثر لونه بمجموعة متنوعة من العوامل، وله معنى فريد في مشاهد مختلفة.

اللون الطبيعي للجرافيت

في جوهره، يظهر الجرافيت النقي باللون الرمادي الداكن، قريبًا من الأسود. ويتحدد ذلك من خلال بنيته الذرية الداخلية وتوزيع سحابة الإلكترونات. يحتوي الجرافيت على بنية بلورية طبقية نموذجية ذات طبقات تكون فيها ذرات الكربون مرتبطة تساهميًا، وترتبط الطبقات بقوى فان دير فال الضعيفة. هذا التركيب يجعل ذرات الكربون لها توزيع خاص للإلكترونات، ويمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية نسبياً داخل الطبقة. عندما يصطدم الضوء بسطح الجرافيت، يتم امتصاص معظم الضوء المرئي. ولا ينعكس سوى قدر ضئيل من الضوء، وهو ما يعطي الجرافيت مظهرًا رماديًا داكنًا إلى أسود.

في الطبيعة ، بعد التعدين البسيط والتنقية الأولية لخام الجرافيت ، تظهر المواد الخام الجرافيت التي نراها بشكل أساسي هذا اللون الرمادي الداكن النموذجي. له لون موحد وملمس ناعم وشعور دهني عند لمسه. هذه أيضًا سمة مهمة من سمات الجرافيت، مما يشير أيضًا إلى هيكلها الطبقي الخاص.

العوامل التي تؤثر على لون الجرافيت

تأثير الشوائب

يختلط الجرافيت بسهولة مع الشوائب أثناء التعدين والمعالجة والتطبيق، ثم يتغير لونه. ومثله مثل الحديد الشائب المعدني، يختلف تركيبه الإلكتروني الذري عن تركيب ذرات الكربون. وله امتصاص فريد لأطوال موجية محددة من الضوء. ومع زيادة محتوى الحديد، سيظهر الجرافيت باللون البني أو البني الداكن. لأن الحديد يتداخل مع امتصاص الجرافيت الأصلي للضوء وانعكاسه للضوء.

الشوائب العضوية لها تأثير أيضًا. فهي تشكل أغشية أو شوائب داخل الجرافيت وخارجه، مما يؤدي إلى لون الجرافيت الداكن، مع وجود درجات لونية أخرى. على سبيل المثال، عندما يحتوي الجرافيت على أثر الدبال، يصبح لون الجرافيت بنيًا داكنًا مائلًا إلى الرمادي قليلاً. وهذا ناتج عن لون الشوائب العضوية نفسها وتفاعلها مع الجرافيت. تغير الشوائب الخصائص البصرية للجرافيت وتغير لونه في النهاية.

تأثير طريقة المعالجة

طريقة المعالجة لها تأثير بارز على لون الجرافيت. عند الطحن، يصبح الجرافيت مسحوقًا ناعمًا ويصبح لونه أغمق. ولأن مساحة السطح المحددة للمسحوق كبيرة، يتشتت الضوء ويتم امتصاصه عدة مرات بين الجسيمات. ويكون الضوء المنعكس أقل. على سبيل المثال، في إنتاج رصاص أقلام الرصاص، يكون لون المسحوق المطحون مسحوق الجرافيت أغمق من المادة الخام الأصلية. من السهل ترك علامات سوداء.

يمكن أن تنظم درجة الحرارة المرتفعة البنية الداخلية للجرافيت، وتزيل الشوائب أو تحفز التفاعلات الكيميائية، وتجعل اللون أكثر نقاءً. ومع ذلك، إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا وكان الوقت طويلًا جدًا، فسيتأكسد الجرافيت. وسيتم إنشاء فيلم أكسيد على السطح، وسيصبح اللون أسود مائل للرمادي أو حتى أبيض مائل للرمادي. تحقق طرق المعالجة المختلفة تغيير اللون عن طريق تغيير حالة الجرافيت وتعديل تأثيره على الضوء.

تؤثر تغيرات البنية المجهرية على

سيؤدي تغيير البنية المجهرية للجرافيت إلى تغيير اللون أيضًا. عندما يتم تشويه بنية الطبقات أو تشويهها بواسطة قوى خارجية أو عندما يتغير تباعد الطبقات، سيتغير اللون. على سبيل المثال، إعداد طبقات أقل من الجرافين عن طريق التجريد الميكانيكي. نظرًا لتقليل عدد الطبقات وتغيير البنية المجهرية، سيظهر لون التداخل مثل الأزرق والأخضر على الركيزة المحددة. يحدث هذا بسبب تداخل الضوء في بنية الفيلم متعدد الطبقات.

الإقحام الكيميائي أيضًا تغيير البنية المجهرية واللون. حيث يتم إدخال ذرات البوتاسيوم بين طبقات الجرافيت لتكوين مركبات الإقحام، والتي تصبح برونزية أو ذهبية اللون. نظرًا لأن ذرات الإقحام تغير بنية الإلكترون والنطاق للجرافيت، فإنها تؤثر على خصائص امتصاص الضوء وانبعاثه. وهي تغير بشكل أساسي التفاعل بين الجرافيت والضوء، وتحقق تغيير اللون.

تجسيد لون الجرافيت وأهميته في التطبيقات المختلفة

تصنيع أقلام الرصاص

في تصنيع أقلام الرصاص، يعتبر لون الجرافيت مؤشر أداء رئيسي. يُصنع رصاص القلم الرصاص من الجرافيت الممزوج بالطين، وتحدد نسبته الصلابة واللون. يكون الجرافيت بلون داكن أكثر، وعلامات الكتابة واضحة، مثل قلم رصاص 2B، ومناسب لبطاقة الرسم، والرسم. المزيد من صلابة الطين واللون الفاتح ونسبة قلم رصاص HB معتدلة ومناسبة للكتابة اليومية. لتلبية احتياجات الناس المختلفة في الكتابة والرسم.

حقل البطارية

في مجال البطاريات، يمكن أن يعكس لون الجرافيت جودة الأداء. يمكنك استخدام الجرافيت عادةً كمادة قطب كهربائي سالب لبطاريات الليثيوم أيون. ويكون القطب السالب من الجرافيت عالي الجودة أسود اللون بشكل موحد، مما يشير إلى تبلور عالٍ، وشوائب أقل، وبنية مستقرة. وهذا يفضي إلى تضمين أيونات الليثيوم وإزالتها، مما يضمن كفاءة شحن البطارية وتفريغها وعمر الدورة. إذا كان اللون رمادي أو غير متساوٍ، فقد تكون هناك شوائب وعيوب هيكلية ومشاكل أخرى، مما يؤدي إلى ضعف أداء البطارية.

طلاء المواد

عند استخدام الجرافيت للمادة الطلاء، فإن اللون مهم. في الطلاء المضاد للتآكل، يمكن أن يكون طلاء الجرافيت مضادًا للتآكل، كما أن المظهر الأسود له تأثير زخرفي. في مجال الطيران، يرتبط لون طلاء الجرافيت المركب المصفوفة الجرافيت بالجمال وأداء الإشعاع الحراري. ويمكن للطلاء الأسود ضبط درجة حرارة سطح الطائرة بشكل فعال. بحيث يمكن أن يعمل بثبات في البيئات القاسية.

لون مواد الجرافيت الخاصة

نانو الجرافيت

يشير الجرافيت النانومتري إلى حجم الترتيب النانومتري لمواد الجرافيت. يختلف أدائها اللوني عن الجرافيت التقليدي. بسبب تأثير تأثير الحجم الكمي والتأثير السطحي, نانو الجرافيت عادةً ما يظهر باللون الأسود المائل إلى البني أو البني الداكن في المحلول. ومن الواضح أنه يختلف عن اللون الرمادي الداكن أو الأسود للجرافيت السائب. ويرجع ذلك إلى أن حجم جسيمات الجرافيت النانوية قريب من الطول الموجي للضوء المرئي. ويتشتت الضوء بقوة ويتم امتصاصه على سطح الجسيمات النانوية، مما يؤدي إلى تغير لونه. بالإضافة إلى ذلك، عادةً ما يكون سطح الجرافيت النانوي مصحوبًا ببعض المجموعات النشطة. ويؤثر ذلك أيضًا على امتصاصه للضوء وانعكاسه للضوء، مما يزيد من تغير لونه.

الجرافيت المعدل

الجرافيت المعدل هو مادة يتم الحصول عليها عن طريق تعديل الجرافيت من خلال طرق فيزيائية أو كيميائية، وألوانه متنوعة بنفس القدر. على سبيل المثال، عندما يتم تعديل الجرافيت عن طريق الأكسدة السطحية، يتم إدخال عدد كبير من المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين على السطح. وهذا يجعله أفتح لونًا، وقد يظهر باللون الأسود المائل إلى الرمادي أو الرمادي الفاتح. ويعتمد لون الجرافيت المعدل المترسب على سطح الجرافيت بالطلاء غير الكهربائي والطرق الأخرى على المادة المترسبة. إذا تم طلاء الفضة على سطح الجرافيت فإن الجرافيت المعدل سيظهر باللون الرمادي الفضي. هذا التغيير في اللون لا يثري مظهر مادة الجرافيت فحسب، بل يمنحها أيضًا خصائص جديدة. بحيث يكون لها نطاق أوسع من التطبيقات في الإلكترونيات والبصريات وغيرها من المجالات.

الخاتمة

إن لون الجرافيت ليس لونًا واحدًا، فاللون الطبيعي هو الرمادي الداكن والأسود تقريبًا. ولكنه يتأثر بالشوائب وطرق المعالجة والبنية المجهرية وعوامل أخرى. في مختلف المجالات، يرتبط لونه بخصائص المواد والأهمية العملية. وتظهر مواد الجرافيت الخاصة أيضًا خصائص لونية فريدة من نوعها.