石墨为什么能导电

石墨为什么能导电
石墨为什么能导电

石墨为什么能导电
石墨
　　英文名称：
　　graphite
　　石墨是碳质元素结晶矿物,它的结晶格架为六边形层状结构.每一网层间的距离为3.40人,同一网层中碳原子的间距为1．42A.属六方晶系,具完整的层状解理.解理面以分子键为主,对分子吸引力较弱,故其天然可浮性很好.
　　石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体.
　　山东省莱西市为我国石墨重要产地之一,石墨探明储量687.11万吨,现保有储量639.93万吨.
　　石墨质软,黑灰色；有油腻感,可污染纸张.硬度为1～2,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5.比重为1．9～2．3.在隔绝氧气条件下,其熔点在3000℃以上,是最耐温的矿物之一.
　　自然界中纯净的石墨是没有的,其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等杂质.这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现.此外,还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分.因此对石墨的分析,除测定固定碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量.
　　石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态.结晶形态不同的石墨矿物,具有不同的工业价值和用途.工业上,根据结晶形态不同,将天然石墨分为三类.
　　1．致密结晶状石墨
　　致密结晶状石墨又叫块状石墨.此类石墨结晶明显晶体肉眼可见.颗粒直径大于0．1毫米.晶体排列杂乱无章,呈致密块状构造.这种：石墨的特点是品位很高,一般含碳量为60～65％,有时达80～98％,但其可塑性和滑腻性不如鳞片石墨好.
　　2．鳞片石墨
　　石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质而成的,有大鳞片和细鳞片之分.此类石墨矿石的特点是品位不高,一般在2～3％,或100～25％之间.是自然界中可浮性最好的矿石之一,经过多磨多选可得高品位石墨精矿.这类石墨的可浮性、润滑性、可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最大.
　　3．隐晶质石墨
　　隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨,这种石墨的晶体直径一般小于1微米,是微晶石墨的集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形.此类石墨的特点是表面呈土状,缺乏光泽,润滑性也差.品位较高.一般的60～80％.少数高达90％以上.矿石可选性较差.
　　石墨由于其特殊结构,而具有如下特殊性质：
　　1） 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小.石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍.
　　2） 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍.导热性超过钢、铁、铅等金属材料.导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体. 石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷.
　　3） 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好.
　　4） 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀.
　　5） 可塑性：石墨的韧性好,可年成很薄的薄片.
　　6） 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹.
　　名字来源：源于希腊文“graphein”,意为“用来写”.由德国化学家和矿物学家A. G. Werner 于1789命名；
　　化学组成：成分纯净者极少,往往含各种杂质；
　　类别：自然元素-非金属元素-碳族
　　晶系和空间群：六方晶系,P63/mmm；
　　晶胞参数:a0=0.246nm,c0=0.670nm；
　　形态：单晶体常呈片状或板状,但完整的很少见.集合体通常为鳞片状,块状和土状；
　　颜色：铁黑色；
　　条痕：光亮黑色
　　透明度：不透明
　　光泽：呈半金属光泽
　　硬度：1-2
　　解理和断口：平行解理极完全；
　　比重：2.21-2.26g/cm3
　　其他性质：薄片具挠性,有滑感,易污手,具有良好的导电性；
　　鉴定特征铁黑色,硬度低,一组极完全解理,有滑感和染手；
　　成因和产状：石墨是在高温下形成.分布最广是石墨的变质矿床,系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成；
　　主要用途：石墨在工业上用途很广,用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯；广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料、军事工业火工材料安定剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等.鳞片石墨经过深加工,又可生产出石墨乳、石墨密封材料与复合材料、石墨制品、石墨减磨添加剂等高新技术产品,成为各个工业部门的重要非金属矿物原料
　　石墨新用途：
　　随着科学技术的不断发展,人们对石墨也开发了许多新用途.
　　柔性石墨制品.柔性石墨又称膨胀石墨,是年代开发的一种新的石墨制品.
　　年美国研究成功柔性石墨密封材料,解决了原子能阀门泄漏问题,随后德、日、法也
　　开始研制生产.这种产品除具有天然石墨所具有的特性外,还具有特殊的柔性和弹性.
　　因此,是一种理想的密封材料.广泛用于石油化工、原子能等工业领域.国际市场需求
　　量逐年增长.
　　著名产地：纽约Ticonderoga,马达加斯加和Ceylon,我国以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地.
　　石墨粉里“飞”出金刚石
　　提起钻石,人们就会联想到光彩夺目、闪烁耀眼的情景,它随着拥有者的活动而光芒四射.但因它的昂贵价格,大多数人只能望而却步.尽管如此,人们对钻石还是很向往的.你知道钻石是什么吗?它的化学成分是碳(C),天然的钻石是由金刚石经过琢磨后才能称之谓“钻石”.天然的钻石是非常稀少的,世界上重量大于 1000克拉(1克=5克拉)的钻石只有2粒,400克拉以上的钻石只有多粒,我国迄今为止发现的最大的金刚石重158.786克拉,这就是“常林钻石”.物以稀为贵,正因为可做“钻石“用的天然金刚石很罕见,人们就想“人造“金刚石来代替它,这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟--石墨了.
　　金刚石和石墨的化学成分都是碳(C),称“同素异形体”.从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”,但“形”或“性”却不同,且有天壤之别,金刚石是目前最硬的物质,而石墨却是最软的物质之一.
　　石墨和金刚石的硬度差别如此之大,但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石,因为自然界中石墨(碳)藏量是很丰富的.但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳,不是那么容易的.石墨在5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下,再用金属铁、钴、镍等做催化剂,可使石墨转变成金刚石.
　　目前世界上已有十几个国家（包括我国）均合成出了金刚石.但这种金刚石因为颗粒很细,主要用途是做磨料,用于切削和地质、石油的钻井用的钻头.当前,世界金刚石的消费中,80%的人造金刚石主要是用于工业,它的产量也远远超过天然金刚石的产量.
　　最初合成的金刚石颗粒呈黑色,0.5mm大小,重约0.1克拉（用于宝石的金刚石一般最小不能小于0.1克拉）.现在我国研制的大颗粒金刚石达3mm以上,美国、日本等已制成6.1克拉多的金刚石.我们说金刚石已从石墨中“飞”出,宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场.