Якого кольору графіт?

У житті та промисловості графіт є надзвичайно поширеним і важливим, від грифелів олівців до аерокосмічних галузей мають його фігуру. Коли мова заходить про колір графіту, більшість з нас думає, що він чорний. Насправді, на його колір впливає безліч факторів, і він має унікальне значення в різних сценах.

Природний колір графіту

По суті, чистий графіт має темно-сірий колір, близький до чорного. Це визначається його внутрішньою атомною структурою та розподілом електронної хмари. Графіт має типову шарувату кристалічну структуру, в якій атоми вуглецю ковалентно пов'язані, а шари з'єднані слабкими силами Ван-дер-Ваальса. Завдяки такій структурі атоми вуглецю мають особливий розподіл електронів, і електрони можуть відносно вільно рухатися в межах шару. Коли світло потрапляє на поверхню графіту, більша частина видимого світла поглинається. І лише невелика кількість світла відбивається назад, що надає графіту темно-сірого або чорного кольору.

У природі, після простого видобутку та попереднього очищення графітової руди, графітова сировина, яку ми бачимо, в основному має цей типовий темно-сірий колір. Він має рівномірний колір, тонку текстуру та відчуття жирності на дотик. Це також є важливою особливістю графіту, що додатково вказує на його особливу шарувату структуру.

Фактори, що впливають на колір графіту

Вплив домішок

Графіт легко змішується з домішками під час видобутку, переробки та застосування, а потім змінює колір. Як і металева домішка залізо, його атомна електронна структура відрізняється від атомів вуглецю. І він має унікальне поглинання певних довжин хвиль світла. Зі збільшенням вмісту заліза графіт стає коричневим або темно-коричневим. Тому що залізо заважає графіту поглинати та відбивати світло.

Органічні домішки також мають вплив. Вони утворюють плівки або включення всередині і зовні графіту, в результаті чого графіт набуває темного кольору з іншими відтінками. Наприклад, якщо графіт містить незначну кількість гумусу, він має злегка сірувато-темно-коричневий відтінок. Це результат власного кольору органічних домішок та їхньої взаємодії з графітом. Домішки змінюють оптичні властивості графіту і, зрештою, змінюють його колір.

Вплив методу обробки

Метод обробки має помітний вплив на колір графіту. При подрібненні графіт перетворюється на дрібний порошок, а його колір стає темнішим. Оскільки питома поверхня порошку велика, світло багато разів розсіюється і поглинається між частинками. А відбитого світла менше. Наприклад, при виробництві олівцевого грифеля колір ґрунту графітовий порошок темніша за вихідну сировину. Легко залишає чорні сліди.

Висока температура може регулювати внутрішню структуру графіту, видаляти домішки або запускати хімічні реакції, робити колір більш чистим. Однак, якщо температура занадто висока, а час занадто довгий, графіт окислюється. На поверхні утворюється оксидна плівка, колір стає сірувато-чорним або навіть сірувато-білим. Різні методи обробки досягають зміни кольору, змінюючи стан графіту і регулюючи його вплив на світло.

Зміни мікроструктури впливають на

Зміна мікроструктури графіту також змінює колір. Коли шарувата структура спотворюється або деформується під дією зовнішніх сил або змінюється відстань між шарами, колір змінюється. Наприклад, підготовка меншої кількості шарів графену шляхом механічної зачистки. Через зменшення кількості шарів і зміну мікроструктури на певній підкладці з'являться інтерференційні кольори, такі як синій і зелений. Це викликано інтерференцією світла в багатошаровій структурі плівки.

Хімічна інтеркаляція також може змінювати мікроструктуру та колір. Атоми калію вставляються між шарами графіту, утворюючи інтеркаляційні сполуки, які набувають бронзового або золотистого кольору. Оскільки атоми інтеркаляції змінюють електронну та зонну структуру графіту, вони впливають на характеристики поглинання та випромінювання світла. Це суттєво змінює взаємодію графіту зі світлом і призводить до зміни кольору.

Втілення та значення графітового кольору в різних сферах застосування

Виробництво олівців

У виробництві олівців колір графіту є ключовим показником продуктивності. Грифель олівця виготовляється з графіту, змішаного з глиною, співвідношення яких визначає твердість і колір. Графіт більш темного кольору, сліди від письма очевидні, як олівець 2B, підходить для малювання листівок, ескізів. Більша твердість глини, світлий колір, пропорція олівця HB помірна, підходить для щоденного письма. Для задоволення різних потреб людей у письмі та живописі.

Поле акумулятора

У сфері акумуляторів колір графіту може відображати якість роботи. Зазвичай графіт використовують як матеріал негативного електрода для літій-іонних акумуляторів. А високоякісний графітовий негативний електрод має рівномірно чорний колір, що свідчить про високу кристалічність, меншу кількість домішок і стабільну структуру. Це сприяє вбудовуванню та видаленню іонів літію, забезпечуючи ефективність заряджання та розряджання акумулятора та тривалість циклу. Якщо колір сірий або нерівномірний, це може свідчити про наявність домішок, структурних дефектів та інших проблем, що призводить до низької продуктивності акумулятора.

Покриття матеріалу

При використанні графіту в якості матеріалу покриттяколір має велике значення. В антикорозійному покритті графітове покриття може бути антикорозійним, а чорний колір також має декоративний ефект. В аерокосмічній галузі колір композитного покриття з графітової матриці пов'язаний з красою та характеристиками теплового випромінювання. А чорне покриття може ефективно регулювати температуру поверхні літака. Щоб він міг стабільно працювати в екстремальних умовах.

Колір спеціальних графітових матеріалів

Нанографіт

Нанометровий графіт відноситься до графітових матеріалів нанометрового порядку. Його колірні характеристики відрізняються від традиційного графіту. Це пов'язано з впливом ефекту квантового розміру та поверхневого ефекту, нанографіт зазвичай має коричнево-чорний або темно-коричневий колір у розчині. Очевидно, що він відрізняється від темно-сірого або чорного кольору сипучого графіту. Це пояснюється тим, що розмір нанорозмірних частинок графіту близький до довжини хвилі видимого світла. А світло сильно розсіюється і поглинається на поверхні наночастинки, що призводить до зміни її кольору. Крім того, поверхня нанографіту зазвичай супроводжується деякими активними групами. Це також впливає на поглинання та відбиття світла, додатково змінюючи його колір.

Модифікований графіт

Модифікований графіт - це матеріал, отриманий шляхом модифікації графіту фізичними або хімічними методами, і його кольори настільки ж різноманітні. Наприклад, коли графіт модифікується шляхом поверхневого окислення, на поверхню вводиться велика кількість кисневмісних функціональних груп. Це робить його світлішим за кольором, який може виглядати сірувато-чорним або світло-сірим. Колір модифікованого графіту, нанесеного на поверхню графіту методом безелектролітичного осадження та іншими методами, залежить від осаджуваного матеріалу. Якщо на поверхню графіту наноситься срібло, то модифікований графіт матиме сріблясто-сірий колір. Така зміна кольору не тільки збагачує зовнішній вигляд графітового матеріалу, але й надає йому нових властивостей. Завдяки чому він має ширший спектр застосування в електроніці, оптиці та інших галузях.

Висновок

Колір графіту не є однотонним, природний колір - темно-сірий і майже чорний. Але на нього впливають домішки, методи обробки, мікроструктура та інші фактори. У різних сферах його колір асоціюється з властивостями матеріалу та практичним значенням. А спеціальні графітові матеріали також демонструють унікальні колірні характеристики.