Le graphite est-il magnétique ?

Dans la science des matériaux, le graphite est un matériau en carboneIl s'agit d'un élément essentiel de la structure et des propriétés d'un produit. Il joue un rôle clé dans de nombreux domaines tels que l'écriture et l'industrie. Cependant, son magnétisme est souvent ignoré et la connaissance qu'en a le public est vague. La recherche sur le magnétisme et la nature du graphite n'est pas seulement liée à l'amélioration de la théorie de base. Elle présente également un grand potentiel dans des domaines émergents tels que l'informatique quantique.

Le graphite est-il magnétique ?

Propriétés fondamentales du graphite

Le cristal de graphite présente une structure en couches typique. Les atomes de carbone de chaque couche sont reliés entre eux par des liaisons covalentes, formant une grille hexagonale en nid d'abeille. Les électrons peuvent se déplacer librement dans la couche, ce qui confère au graphite une bonne conductivité électrique, similaire aux caractéristiques des liaisons métalliques. La couche et la couche sont maintenues par une faible force de van der Waals, et la distance est grande. Macroscopiquement, le graphite a une texture douce, un éclat métallique, des propriétés chimiques relativement stables, une résistance aux températures élevées. La résistance à une variété d'érosion acide et alcaline, la structure et les propriétés uniques sont la base de l'exploration de son magnétisme.

La nature du magnétisme

Le magnétisme provient du mouvement et de la rotation des électrons à l'intérieur des atomes. Le moment magnétique orbital des électrons en orbite autour du noyau est comme un courant circulaire miniature. L'électron lui-même possède également un moment magnétique de spin, semblable au spin d'une petite toupie. Dans la plupart des matériaux, l'interaction des moments magnétiques atomiques est complexe. Si les moments magnétiques atomiques s'alignent spontanément dans la même direction dans une certaine plage, le matériau présente un ferromagnétisme, comme le fer, le cobalt et le nickel. Les moments magnétiques de certains matériaux sont opposés et parallèles les uns aux autres, mais leur taille est différente. Il y a des moments magnétiques nets, ce qui montre le ferromagnétisme. Il existe également des matériaux dont les moments magnétiques atomiques sont inversés et parallèles et complètement décalés, macro non magnétiques, on parle alors de diamagnétisme. Lorsque le champ magnétique externe est présent, l'orbite des électrons produit un faible moment magnétique supplémentaire contre le champ externe. Il s'agit de la source diamagnétique.

Propriétés diamagnétiques du graphite

Graphite sont essentiellement des substances diamagnétiques. En l'absence de champ magnétique externe, la somme des moments magnétiques de chaque atome à l'intérieur du graphite est presque nulle. Le graphite ne présente donc pas de magnétisme au sens large. Mais lorsqu'un champ magnétique est appliqué au monde extérieur, selon le principe de l'induction électromagnétique, l'état de mouvement des électrons à l'intérieur du graphite change. Afin d'empêcher la modification du flux magnétique du champ magnétique externe, les électrons génèrent un mouvement supplémentaire. Celui-ci forme à son tour un moment magnétique d'induction opposé à la direction du champ magnétique externe. Ce moment magnétique d'induction est très faible, de sorte que la performance antimagnétique du graphite n'est pas évidente. Sa susceptibilité magnétique est généralement négative et sa valeur est très faible, de l'ordre de -10^-5.

Facteurs externes affectant les propriétés magnétiques du graphite

La température a un effet significatif sur les propriétés magnétiques du graphite. Lorsque la température augmente, le mouvement thermique des atomes à l'intérieur du graphite s'intensifie. Cette augmentation du mouvement thermique interfère avec le mouvement orbital des électrons. Il affecte à son tour la réponse des électrons au champ magnétique appliqué. Plus précisément, à mesure que la température augmente, la valeur absolue de la susceptibilité diamagnétique du graphite diminue légèrement. Mais ce changement est relativement lent. On peut donc considérer que le diamagnétisme du graphite reste relativement stable dans une certaine gamme de températures.

Outre la température, l'intensité et la fréquence du champ magnétique externe affectent également les propriétés magnétiques du graphite. Lorsque l'intensité du champ magnétique externe est faible, la réponse diamagnétique du graphite est essentiellement conforme à la loi linéaire. En d'autres termes, l'aimantation est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique externe. Toutefois, lorsque l'intensité du champ magnétique externe augmente dans une certaine mesure, l'effet mécanique quantique commence à apparaître. Les propriétés diamagnétiques du graphite s'écartent progressivement de la relation linéaire et présentent un comportement magnétique plus complexe. En outre, pour les champs magnétiques alternatifs, si la fréquence est élevée, la vitesse de réponse de l'échantillon de graphite est réduite. électrons à l'intérieur du graphite peut ne pas être en mesure de suivre le changement du champ magnétique. Il en résulte une modification de son diamagnétisme.

L'oxyde de graphite est-il magnétique ?

Oxyde de graphite est un dérivé du graphite obtenu par oxydation du graphite. Au cours du processus d'oxydation, un grand nombre de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, tels que les hydroxyleLes groupements carboxyle et époxy sont introduits dans la structure du graphite. L'existence de ces groupes fonctionnels contenant de l'oxygène modifie considérablement la structure originale des couches de graphite. Cela augmente l'espacement des couches et détruit le système original de conjugaison des électrons du graphite. Il en résulte une diminution significative de sa conductivité électrique.

En ce qui concerne le magnétisme, il est dû à l'existence d'électrons non appariés dans les groupes fonctionnels contenant de l'oxygène introduits dans le processus d'oxydation. Ces électrons non appariés ont un moment magnétique de spin, ce qui confère à l'oxyde de graphite un certain paramagnétisme. Lorsque le degré d'oxydation est faible, l'oxyde de graphite conserve certaines des propriétés diamagnétiques d'origine du graphite. À cette époque, le paramagnétisme et le diamagnétisme sont en concurrence, et la performance magnétique macroscopique n'est pas évidente. Cependant, avec l'augmentation du degré d'oxydation, le signal paramagnétique est progressivement renforcé. Lorsqu'il dépasse un certain seuil, le paramagnétisme domine, ce qui fait que l'oxyde de graphite dans son ensemble présente un paramagnétisme. Et sa susceptibilité magnétique devient positive.

Conclusion

Le graphite est une substance diamagnétique, et son diamagnétisme est généré par le moment magnétique induit par les électrons sous le champ magnétique externe. Il est d'une grande importance dans une scène spécifique. L'oxyde de graphite est paramagnétique car il contient des électrons non appariés, et son magnétisme varie en fonction du degré d'oxydation. Des recherches approfondies sur le magnétisme de ces deux éléments permettent d'améliorer la théorie et de promouvoir des applications innovantes. Elle contribue également au développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies.