Grafit Manyetik midir?

Malzeme biliminde grafit benzersiz bir karbon malzemeözel yapısı ve özellikleri nedeniyle. Yazı ve endüstri gibi birçok alanda önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, manyetizması genellikle göz ardı edilir ve halkın bilişi belirsizdir. Grafitin manyetizması ve doğası üzerine yapılan araştırmalar sadece temel teorinin geliştirilmesiyle ilgili değildir. Aynı zamanda kuantum hesaplama gibi gelişmekte olan alanlarda da büyük bir potansiyele sahiptir.

Grafit manyetik midir?

Grafitin temel özellikleri

Grafit kristali tipik katmanlı bir yapıya sahiptir. Her katmandaki karbon atomları kovalent bağlarla birbirlerine bağlanarak altıgen bir petek düzlemi ızgarası oluşturur. Elektronlar katman içinde serbestçe hareket edebilir ve bu da grafite metal bağların özelliklerine benzer şekilde iyi bir elektrik iletkenliği kazandırır. Tabaka ve katman zayıf van der Waals kuvveti ile korunur ve mesafe büyüktür. Makroskopik olarak grafit yumuşak dokuya, metalik parlaklığa, nispeten kararlı kimyasal özelliklere, yüksek sıcaklık direncine sahiptir. Çeşitli asit ve alkali erozyonuna karşı direnç, benzersiz yapısı ve özellikleri, manyetizmasını keşfetmenin temelini oluşturur.

Manyetizmanın doğası

Manyetizma, atomların içindeki elektronların hareketinden ve dönüşünden kaynaklanır. Çekirdeğin etrafında dönen elektronların yörüngesel manyetik momenti minyatür bir halka akımı gibidir. Elektronun kendisi de küçük bir topacın spinine benzer bir spin manyetik momentine sahiptir. Çoğu malzemede atomik manyetik momentlerin etkileşimi karmaşıktır. Atomik manyetik momentler belirli bir aralıkta kendiliğinden aynı yönde hizalanırsa, malzeme demir, kobalt, nikel gibi ferromanyetizma sergiler. Bazı malzemelerin manyetik momentleri birbirine zıt ve paraleldir, ancak boyutları farklıdır. Ve ferromanyetizma gösteren net manyetik momentler vardır. Ayrıca bazı malzemelerde atomik manyetik moment ters paralel ve tamamen ofset, makro manyetik olmayan, söz konusu diyamanyetizma vardır. Dış manyetik alan olduğunda, elektron yörüngesi dış alana karşı zayıf bir ek manyetik moment üretecektir. Bu diyamanyetik kaynaktır.

Grafitin diyamanyetik özellikleri

Grafit esasen diyamanyetik maddelerdir. Dış manyetik alanın yokluğunda, grafit içindeki her bir atomun manyetik momentlerinin toplamı neredeyse sıfırdır. Bu yüzden büyük ölçüde manyetizma göstermez. Ancak dış dünyaya bir manyetik alan uygulandığında, elektromanyetik indüksiyon prensibine göre, grafit içindeki elektron hareket durumu değişir. Dış manyetik alanın manyetik akısının değişimini önlemek için elektronlar ek bir hareket oluşturacaktır. Bu da dış manyetik alanın yönünün tersine bir indüksiyon manyetik momenti oluşturur. Bu indüksiyon manyetik momenti çok zayıftır, bu nedenle grafitin anti-manyetik performansı belirgin değildir. Manyetik duyarlılığı genellikle negatiftir ve değeri çok küçüktür, yaklaşık -10 büyüklüğündedir.^-5.

Grafitin manyetik özelliklerini etkileyen dış faktörler

Sıcaklığın grafitin manyetik özellikleri üzerinde önemli bir etkisi vardır. Sıcaklık arttıkça, grafit içindeki atomların termal hareketi yoğunlaşır. Ve termal hareketteki bu artış elektronların yörünge hareketine müdahale eder. Bu da elektronların uygulanan manyetik alana verdiği tepkiyi etkiler. Spesifik olarak, sıcaklık arttıkça, grafitin diyamanyetik duyarlılığının mutlak değeri biraz azalacaktır. Ancak bu değişim nispeten yavaştır. Ve grafitin diyamanyetizmasının belirli bir sıcaklık aralığında nispeten sabit kaldığı düşünülebilir.

Sıcaklığa ek olarak, harici manyetik alanın gücü ve frekansı da grafitin manyetik özelliklerini etkileyecektir. Harici manyetik alanın gücü zayıf olduğunda, grafitin diyamanyetik tepkisi temelde doğrusal yasaya uygundur. Yani, mıknatıslanma harici manyetik alanın gücü ile orantılıdır. Bununla birlikte, dış manyetik alanın gücü belirli bir dereceye kadar arttığında, kuantum mekanik etkisi ortaya çıkmaya başlar. Grafitin diyamanyetik özellikleri doğrusal ilişkiden kademeli olarak sapacak ve daha karmaşık manyetik davranış gösterecektir. Buna ek olarak, alternatif manyetik alanlar için, frekans yüksekse, grafitin tepki hızı elektronlar Grafitin içi manyetik alandaki değişime ayak uyduramayabilir. Bu da diyamanyetizmasında bir değişikliğe neden olur.

Grafit oksit manyetik midir?

Grafit oksit grafitin oksitlenmesi ile elde edilen bir grafit türevidir. Oksidasyon işlemi sırasında, aşağıdakiler gibi çok sayıda oksijen içeren fonksiyonel grup hidroksilkarboksil ve epoksi grupları grafitin yapısına dahil edilir. Bu oksijen içeren fonksiyonel grupların varlığı grafitin orijinal katman yapısını büyük ölçüde değiştirir. Bu, katman aralığını artırır ve grafitin orijinal elektron konjugasyon sistemini yok eder. Bu da elektrik iletkenliğinde önemli bir düşüşe neden olur.

Manyetizma açısından, oksidasyon sürecinde ortaya çıkan oksijen içeren fonksiyonel gruplardaki eşleşmemiş elektronların varlığı nedeniyle. Bu eşleşmemiş elektronlar, grafit oksidin belirli bir paramanyetizmaya sahip olmasını sağlayan bir spin manyetik momentine sahiptir. Oksidasyon derecesi düşük olduğunda, grafit oksit hala grafitin orijinal diyamanyetik özelliklerinin bir kısmını korur. Şu anda paramanyetizma ve diamanyetizma birbiriyle rekabet halindedir ve makroskopik manyetik performans belirgin değildir. Bununla birlikte, oksidasyon derecesinin derinleşmesiyle, paramanyetik sinyal kademeli olarak artar. Ve belirli bir eşiği aştığında, paramanyetizma baskın hale gelecek ve grafit oksitin bir bütün olarak paramanyetizma göstermesini sağlayacaktır. Ve manyetik duyarlılığı pozitif hale gelir.

Sonuç

Grafit diyamanyetik bir maddedir ve diyamanyetizması dış manyetik alan altında elektron kaynaklı manyetik moment tarafından oluşturulur. Belirli bir sahnede büyük öneme sahiptir. Grafit oksit paramanyetiktir çünkü eşleşmemiş elektronlar içerir ve manyetizma oksidasyon derecesine göre değişir. İkisinin manyetizması üzerine derinlemesine araştırma, teoriyi geliştirmeye ve yenilikçi uygulamaları teşvik etmeye yardımcı olur. Ve yeni malzeme ve teknolojilerin geliştirilmesine yardımcı olur.