Τι χρώμα είναι ο γραφίτης;

Στη ζωή και τη βιομηχανία, ο γραφίτης είναι εξαιρετικά κοινός και σημαντικός, από τα μολύβια των μολυβιών μέχρι τα αεροδιαστημικά πεδία έχει τη μορφή του. Όταν πρόκειται για το χρώμα του γραφίτη, οι περισσότεροι από εμάς πιστεύουμε ότι είναι μαύρο. Στην πραγματικότητα, το χρώμα του επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες και έχει μοναδική σημασία σε διαφορετικές σκηνές.

Το φυσικό χρώμα του γραφίτη

Στην ουσία, ο καθαρός γραφίτης εμφανίζεται σκούρο γκρι, κοντά στο μαύρο. Αυτό καθορίζεται από την εσωτερική ατομική του δομή και την κατανομή του ηλεκτρονιακού νέφους. Ο γραφίτης έχει μια τυπική στρωματοποιημένη κρυσταλλική δομή στην οποία τα άτομα άνθρακα είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένα και τα στρώματα συνδέονται με ασθενείς δυνάμεις van der Waals. Αυτή η δομή κάνει τα άτομα άνθρακα να έχουν μια ιδιαίτερη κατανομή ηλεκτρονίων και τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται σχετικά ελεύθερα μέσα στο στρώμα. Όταν το φως προσπίπτει στην επιφάνεια του γραφίτη, το μεγαλύτερο μέρος του ορατού φωτός απορροφάται. Και μόνο μια μικρή ποσότητα φωτός ανακλάται πίσω, γεγονός που δίνει στον γραφίτη μια σκούρα γκρίζα έως μαύρη εμφάνιση.

Στη φύση, μετά από απλή εξόρυξη και προκαταρκτικό καθαρισμό του μεταλλεύματος γραφίτη, οι πρώτες ύλες γραφίτη που βλέπουμε παρουσιάζουν βασικά αυτό το τυπικό σκούρο γκρι χρώμα. Έχει ομοιόμορφο χρώμα, λεπτή υφή και λιπαρή αίσθηση όταν αγγίζεται. Αυτό είναι επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του γραφίτη, που υποδηλώνει περαιτέρω την ιδιαίτερη στρωματοποιημένη δομή του.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν το χρώμα του γραφίτη

Επίδραση των προσμίξεων

Ο γραφίτης αναμιγνύεται εύκολα με ακαθαρσίες κατά την εξόρυξη, την επεξεργασία και την εφαρμογή και στη συνέχεια αλλάζει χρώμα. Όπως και η μεταλλική πρόσμειξη σίδηρος, η ατομική ηλεκτρονική δομή του είναι διαφορετική από εκείνη των ατόμων άνθρακα. Και έχει μοναδική απορρόφηση συγκεκριμένων μηκών κύματος του φωτός. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε σίδηρο, ο γραφίτης θα εμφανίζεται καφέ ή σκούρο καφέ. Επειδή ο σίδηρος παρεμβαίνει στην αρχική απορρόφηση και ανάκλαση του φωτός από τον γραφίτη.

Οι οργανικές ακαθαρσίες έχουν επίσης αντίκτυπο. Σχηματίζουν μεμβράνες ή εγκλείσματα εντός και εκτός του γραφίτη, με αποτέλεσμα το σκούρο χρώμα του γραφίτη, με άλλες αποχρώσεις. Για παράδειγμα, όταν περιέχει ίχνη χούμου, ο γραφίτης έχει ελαφρώς γκριζωπό σκούρο καφέ χρώμα. Αυτό είναι το αποτέλεσμα του ίδιου του χρώματος των οργανικών προσμίξεων και της αλληλεπίδρασης με τον γραφίτη. Οι προσμίξεις αλλάζουν τις οπτικές ιδιότητες του γραφίτη και τελικά αλλάζουν το χρώμα του.

Επίδραση της μεθόδου επεξεργασίας

Η μέθοδος επεξεργασίας επηρεάζει σημαντικά το χρώμα του γραφίτη. Κατά την άλεση, ο γραφίτης μετατρέπεται σε λεπτή σκόνη και το χρώμα είναι πιο σκούρο. Επειδή η ειδική επιφάνεια της σκόνης είναι μεγάλη, το φως διαχέεται και απορροφάται πολλές φορές μεταξύ των σωματιδίων. Και το ανακλώμενο φως είναι μικρότερο. Για παράδειγμα, στην παραγωγή μολύβδου μολυβιού, το χρώμα του αλεσμένου σκόνη γραφίτη είναι πιο σκούρο από την αρχική πρώτη ύλη. Είναι εύκολο να αφήσει μαύρα σημάδια.

Η υψηλή θερμοκρασία μπορεί να ρυθμίσει την εσωτερική δομή του γραφίτη, να απομακρύνει τις ακαθαρσίες ή να προκαλέσει χημικές αντιδράσεις, να κάνει το χρώμα πιο καθαρό. Ωστόσο, εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή και ο χρόνος είναι πολύ μεγάλος, ο γραφίτης θα οξειδωθεί. Και το φιλμ οξειδίου θα δημιουργηθεί στην επιφάνεια, το χρώμα θα γίνει γκριζόμαυρο ή ακόμη και γκριζόλευκο. Οι διάφορες μέθοδοι επεξεργασίας επιτυγχάνουν την αλλαγή χρώματος αλλάζοντας την κατάσταση του γραφίτη και ρυθμίζοντας την επίδρασή του στο φως.

Οι αλλαγές στη μικροδομή επηρεάζουν

Η αλλαγή της μικροδομής του γραφίτη θα αλλάξει και το χρώμα. Όταν η δομή των στρωμάτων παραμορφώνεται ή παραμορφώνεται από εξωτερικές δυνάμεις ή όταν αλλάζει η απόσταση των στρωμάτων, το χρώμα θα αλλάξει. Για παράδειγμα, η προετοιμασία λιγότερων στρωμάτων γραφενίου με μηχανική απογύμνωση. Λόγω της μείωσης του αριθμού των στρωμάτων και της αλλαγής της μικροδομής, το χρώμα παρεμβολής, όπως το μπλε και το πράσινο, θα εμφανιστεί στο συγκεκριμένο υπόστρωμα. Αυτό προκαλείται από την παρεμβολή του φωτός στη δομή του πολυστρωματικού φιλμ.

Χημική παρεμβολή μπορεί επίσης να αλλάξει τη μικροδομή και το χρώμα. Τα άτομα καλίου παρεμβάλλονται μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη για να σχηματίσουν ενώσεις παρεμβολής, οι οποίες αποκτούν χάλκινο ή χρυσό χρώμα. Επειδή τα άτομα παρεμβολής αλλάζουν τη δομή των ηλεκτρονίων και των ζωνών του γραφίτη, επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά απορρόφησης και εκπομπής του φωτός. Ουσιαστικά αλλάζει η αλληλεπίδραση μεταξύ γραφίτη και φωτός και επιτυγχάνεται η αλλαγή χρώματος.

Η υλοποίηση και η σημασία του χρώματος του γραφίτη σε διάφορες εφαρμογές

Κατασκευή μολυβιών

Στην κατασκευή μολυβιών, το χρώμα του γραφίτη αποτελεί βασικό δείκτη απόδοσης. Το μολύβι μολυβιού αποτελείται από γραφίτη αναμεμειγμένο με πηλό, η αναλογία του οποίου καθορίζει τη σκληρότητα και το χρώμα. Ο γραφίτης είναι πιο σκούρο χρώμα, τα σημάδια γραφής είναι εμφανή, όπως το μολύβι 2B, κατάλληλο για ζωγραφική κάρτα, σκίτσο. Περισσότερη σκληρότητα πηλού, ανοιχτό χρώμα, η αναλογία του μολυβιού HB είναι μέτρια, κατάλληλο για καθημερινή γραφή. Για να καλύψει τις διαφορετικές ανάγκες των ανθρώπων για γραφή και ζωγραφική.

Πεδίο μπαταρίας

Στον τομέα των μπαταριών, το χρώμα του γραφίτη μπορεί να αντικατοπτρίζει την ποιότητα των επιδόσεων. Μπορείτε συνήθως να χρησιμοποιήσετε το γραφίτη ως υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου για μπαταρίες ιόντων λιθίου. Και το υψηλής ποιότητας αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη είναι ομοιόμορφα μαύρο, υποδεικνύοντας υψηλή κρυσταλλικότητα, λιγότερες ακαθαρσίες και σταθερή δομή. Αυτό ευνοεί την ενσωμάτωση και την αφαίρεση ιόντων λιθίου, εξασφαλίζοντας την αποδοτικότητα φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας και τη διάρκεια ζωής του κύκλου. Εάν το χρώμα είναι γκρι ή ανομοιόμορφο, ενδέχεται να υπάρχουν ακαθαρσίες, δομικά ελαττώματα και άλλα προβλήματα, με αποτέλεσμα κακή απόδοση της μπαταρίας.

Επίστρωση υλικού

Όταν χρησιμοποιείται γραφίτης για υλικό επίστρωση, το χρώμα είναι σημαντικό. Στην αντιδιαβρωτική επίστρωση, η επίστρωση γραφίτη μπορεί να είναι αντιδιαβρωτική και η μαύρη εμφάνιση έχει επίσης διακοσμητικό αποτέλεσμα. Στον τομέα της αεροδιαστημικής, το χρώμα της σύνθετης επίστρωσης με μήτρα γραφίτη σχετίζεται με την ομορφιά και την απόδοση θερμικής ακτινοβολίας. Και η μαύρη επίστρωση μπορεί να ρυθμίσει αποτελεσματικά τη θερμοκρασία της επιφάνειας του αεροσκάφους. Έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργεί σταθερά σε ακραία περιβάλλοντα.

Χρώμα ειδικών υλικών γραφίτη

Νανογραφίτης

Ο νανομετρικός γραφίτης αναφέρεται στο μέγεθος της νανομετρικής τάξης των υλικών γραφίτη. Η χρωματική του απόδοση είναι διαφορετική από τον παραδοσιακό γραφίτη. Λόγω της επίδρασης του κβαντικού φαινομένου μεγέθους και του επιφανειακού φαινομένου, νανο γραφίτης συνήθως παρουσιάζει καστανόμαυρο ή σκούρο καφέ χρώμα σε διάλυμα. Είναι προφανώς διαφορετικό από το σκούρο γκρι ή μαύρο του χύδην γραφίτη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το μέγεθος των σωματιδίων γραφίτη σε νανοκλίμακα είναι κοντά στο μήκος κύματος του ορατού φωτός. Και το φως σκεδάζεται και απορροφάται έντονα στην επιφάνεια του νανοσωματιδίου, με αποτέλεσμα την αλλαγή του χρώματός του. Επιπλέον, η επιφάνεια του νανογραφίτη συνοδεύεται συνήθως από ορισμένες ενεργές ομάδες. Αυτό επηρεάζει επίσης την απορρόφηση και την ανάκλαση του φωτός, αλλάζοντας περαιτέρω το χρώμα του.

Τροποποιημένος γραφίτης

Ο τροποποιημένος γραφίτης είναι ένα υλικό που λαμβάνεται με τροποποίηση του γραφίτη μέσω φυσικών ή χημικών μεθόδων και τα χρώματά του είναι εξίσου ποικίλα. Για παράδειγμα, όταν ο γραφίτης τροποποιείται με επιφανειακή οξείδωση, εισάγεται στην επιφάνεια μεγάλος αριθμός λειτουργικών ομάδων που περιέχουν οξυγόνο. Αυτό τον καθιστά πιο ανοιχτόχρωμο, ο οποίος μπορεί να εμφανίζεται γκριζόμαυρος ή ανοιχτό γκρι. Το χρώμα του τροποποιημένου γραφίτη που εναποτίθεται στην επιφάνεια του γραφίτη με ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και άλλες μεθόδους εξαρτάται από το υλικό που εναποτίθεται. Εάν στην επιφάνεια του γραφίτη επιστρωθεί άργυρος, ο τροποποιημένος γραφίτης θα εμφανίσει ένα ασημένιο γκρι χρώμα. Αυτή η αλλαγή χρώματος όχι μόνο εμπλουτίζει την εμφάνιση του υλικού γραφίτη, αλλά του προσδίδει και νέες ιδιότητες. Έτσι ώστε να έχει ευρύτερο φάσμα εφαρμογών στην ηλεκτρονική, την οπτική και άλλους τομείς.

Συμπέρασμα

Το χρώμα του γραφίτη δεν είναι ενιαίο, το φυσικό χρώμα είναι σκούρο γκρι και σχεδόν μαύρο. Αλλά επηρεάζεται από τις προσμίξεις, τις μεθόδους επεξεργασίας, τη μικροδομή και άλλους παράγοντες. Σε διάφορους τομείς, το χρώμα του συνδέεται με τις ιδιότητες του υλικού και την πρακτική σημασία. Και τα ειδικά υλικά γραφίτη παρουσιάζουν επίσης μοναδικά χρωματικά χαρακτηριστικά.