Welke kleur is grafiet?

In het leven en in de industrie komt grafiet veel voor en het is heel belangrijk, van potloodstiften tot ruimtevaart. Als het gaat om de kleur van grafiet, denken de meesten van ons dat het zwart is. In feite wordt de kleur beïnvloed door verschillende factoren en heeft het een unieke betekenis in verschillende scènes.

De natuurlijke kleur van grafiet

In essentie ziet zuiver grafiet er donkergrijs uit, bijna zwart. Dit wordt bepaald door de interne atoomstructuur en de verdeling van de elektronenwolk. Grafiet heeft een typische gelaagde kristalstructuur waarin de koolstofatomen covalent gebonden zijn en de lagen verbonden zijn door zwakke van der Waals krachten. Door deze structuur hebben de koolstofatomen een speciale elektronenverdeling en kunnen de elektronen relatief vrij bewegen binnen de laag. Wanneer licht het oppervlak van het grafiet raakt, wordt het meeste zichtbare licht geabsorbeerd. En slechts een kleine hoeveelheid licht wordt teruggekaatst, waardoor het grafiet er donkergrijs tot zwart uitziet.

In de natuur, na eenvoudige ontginning en voorafgaande zuivering van grafieterts, vertonen de grafietgrondstoffen die we zien in principe dit typische donkergrijs. Het heeft een uniforme kleur, een fijne textuur en voelt vettig aan bij aanraking. Dit is ook een belangrijk kenmerk van grafiet, dat de speciale gelaagde structuur aangeeft.

De factoren die de kleur van grafiet beïnvloeden

Invloed van onzuiverheden

Grafiet wordt tijdens de mijnbouw, verwerking en toepassing gemakkelijk gemengd met onzuiverheden en verandert dan van kleur. Net als de metaalonzuiverheid ijzer is de atomaire elektronische structuur anders dan die van koolstofatomen. En het heeft een unieke absorptie van specifieke golflengten van licht. Naarmate het ijzergehalte toeneemt, wordt grafiet bruin of donkerbruin. Omdat het ijzer de oorspronkelijke absorptie en reflectie van licht door grafiet verstoort.

Organische onzuiverheden hebben ook een impact. Ze vormen films of insluitsels binnen en buiten het grafiet, wat resulteert in een donkere grafietkleur met andere tinten. Wanneer het bijvoorbeeld sporen van humus bevat, is het grafiet licht grijsachtig donkerbruin. Dit is het resultaat van de eigen kleur van de organische onzuiverheden en hun interactie met grafiet. De onzuiverheden veranderen de optische eigenschappen van het grafiet en veranderen uiteindelijk de kleur.

Invloed van de verwerkingsmethode

De verwerkingsmethode heeft een prominent effect op de kleur van grafiet. Bij het malen wordt het grafiet een fijn poeder en is de kleur donkerder. Omdat het specifieke oppervlak van het poeder groot is, wordt het licht vele malen verstrooid en geabsorbeerd tussen de deeltjes. En het gereflecteerde licht is minder. Bij de productie van potloodstift bijvoorbeeld, is de kleur van het gemalen grafietpoeder is donkerder dan de originele grondstof. Het laat gemakkelijk zwarte sporen achter.

Een hoge temperatuur kan de interne structuur van grafiet reguleren, onzuiverheden verwijderen of chemische reacties op gang brengen, waardoor de kleur zuiverder wordt. Als de temperatuur echter te hoog is en de tijd te lang, wordt het grafiet geoxideerd. Er ontstaat een oxidelaag op het oppervlak en de kleur wordt grijszwart of zelfs grijswit. Verschillende verwerkingsmethoden veranderen de kleur door de toestand van het grafiet te veranderen en het effect op licht aan te passen.

Veranderingen in de microstructuur beïnvloeden

Door de verandering van de grafietmicrostructuur verandert ook de kleur. Wanneer de gelaagde structuur vervormd of vervormd wordt door externe krachten of wanneer de laagafstand verandert, zal de kleur veranderen. Bijvoorbeeld de bereiding van minder lagen grafeen door mechanisch strippen. Door de vermindering van het aantal lagen en de verandering van de microstructuur verschijnen interferentiekleuren zoals blauw en groen op het specifieke substraat. Dit wordt veroorzaakt door de interferentie van licht in de meerlagige filmstructuur.

Chemische intercalatie kan ook de microstructuur en kleur veranderen. Kaliumatomen worden tussen grafietlagen geplaatst om intercalatieverbindingen te vormen, die een bronzen of gouden kleur krijgen. Omdat intercalatie-atomen de elektronen- en bandstructuur van grafiet veranderen, beïnvloeden ze de absorptie- en emissiekenmerken van licht. Het verandert in wezen de interactie tussen grafiet en licht en zorgt voor kleurverandering.

De belichaming en betekenis van grafietkleur in verschillende toepassingen

Productie van potloden

Bij de productie van potloden is de grafietkleur een belangrijke prestatie-indicator. Potloodlood wordt gemaakt van grafiet gemengd met klei, waarvan de verhouding de hardheid en kleur bepaalt. Grafiet heeft een meer donkere kleur, de schrijfstrepen zijn duidelijk, zoals 2B potlood, geschikt voor het schilderen van kaarten, schetsen. Meer kleihardheid, lichte kleur, HB potlood verhouding is matig, geschikt voor dagelijks schrijven. Om te voldoen aan de verschillende schrijf- en schilderbehoeften van mensen.

Batterij

Op het gebied van batterijen kan de kleur van grafiet de kwaliteit van de prestaties weerspiegelen. Grafiet wordt vaak gebruikt als negatief elektrodemateriaal voor lithium-ionbatterijen. En de negatieve elektrode van hoogwaardig grafiet is gelijkmatig zwart, wat duidt op een hoge kristalliniteit, minder onzuiverheden en een stabiele structuur. Dit is bevorderlijk voor de lithiumioneninbedding en -verwijdering, waardoor het laden en ontladen van de batterij efficiënter verloopt en de levensduur langer is. Als de kleur grijs of ongelijkmatig is, kan er sprake zijn van onzuiverheden, structurele gebreken en andere problemen, wat resulteert in slechte prestaties van de batterij.

Materiaal coating

Bij gebruik van grafiet als materiaal coatingDe kleur is belangrijk. In de corrosiewerende coating kan de grafietcoating corrosiewerend zijn en het zwarte uiterlijk heeft ook een decoratief effect. In de ruimtevaart is de kleur van grafietmatrixcomposietcoating gerelateerd aan schoonheid en thermische stralingsprestaties. En de zwarte coating kan de oppervlaktetemperatuur van het vliegtuig effectief regelen. Zodat het stabiel kan werken in extreme omgevingen.

Kleur van speciale grafietmaterialen

Nano grafiet

Nanometer grafiet verwijst naar de nanometer grootte van grafietmaterialen. De kleurprestaties verschillen van die van traditioneel grafiet. Dit komt door de invloed van het kwantumgrootte-effect en het oppervlakte-effect, nano grafiet is meestal bruinachtig zwart of donkerbruin in oplossing. Het verschilt duidelijk van het donkergrijs of zwart van bulkgrafiet. Dit komt doordat de grootte van de nanodeeltjes van grafiet dicht bij de golflengte van zichtbaar licht ligt. En licht wordt sterk verstrooid en geabsorbeerd op het oppervlak van het nanodeeltje, waardoor de kleur verandert. Bovendien wordt het oppervlak van nanografiet meestal vergezeld door enkele actieve groepen. Dit beïnvloedt ook de absorptie en reflectie van licht, waardoor de kleur verder verandert.

Gemodificeerd grafiet

Gemodificeerd grafiet is een materiaal dat wordt verkregen door grafiet met fysische of chemische methoden te modificeren. Wanneer grafiet bijvoorbeeld wordt gemodificeerd door oxidatie van het oppervlak, wordt een groot aantal zuurstofhoudende functionele groepen aan het oppervlak toegevoegd. Hierdoor wordt het lichter van kleur en kan het grijsachtig zwart of lichtgrijs lijken. De kleur van het gemodificeerde grafiet afgezet op het oppervlak van het grafiet door middel van elektrolytisch plateren en andere methoden hangt af van het afgezette materiaal. Als zilver op het oppervlak van het grafiet wordt gedeponeerd, zal het gemodificeerde grafiet een zilvergrijze kleur vertonen. Deze kleurverandering verrijkt niet alleen het uiterlijk van het grafietmateriaal, maar geeft het ook nieuwe eigenschappen. Hierdoor heeft het een breder toepassingsgebied in elektronica, optica en andere gebieden.

Conclusie

De kleur van grafiet is niet uniek, de natuurlijke kleur is donkergrijs en bijna zwart. Maar de kleur wordt beïnvloed door onzuiverheden, verwerkingsmethoden, microstructuur en andere factoren. Op verschillende gebieden wordt de kleur geassocieerd met materiaaleigenschappen en praktische betekenis. Speciale grafietmaterialen hebben ook unieke kleurkenmerken.