ریزساختار (ساختار کریستالی) کک نفتی گرافیتی چگونه است؟

I. ویژگی‌های ساختار بلوری

ساختار لایه‌ای: ساختار کریستالی کک نفتی گرافیتی‌شده از شبکه‌های مسطح اتم‌های کربن شش‌ضلعی تشکیل شده است. این شبکه‌های مسطح لایه به لایه روی هم انباشته شده‌اند و یک ساختار لایه‌ای معمولی را تشکیل می‌دهند. لایه‌ها توسط نیروهای نسبتاً ضعیف واندروالسی به هم متصل شده‌اند که به گرافیت خاصیت روانکاری و ناهمسانگردی می‌دهد.
ثابت‌های شبکه: پس از عملیات گرافیتی‌سازی، ثابت‌های شبکه (a₀ و c₀) کک نفتی به ثابت‌های شبکه گرافیت طبیعی نزدیک می‌شوند که نشان‌دهنده درجه بالایی از شباهت در ساختارهای بلوری آنها است. این ویژگی ساختاری، کک نفتی گرافیتی‌شده را قادر می‌سازد تا رسانایی الکتریکی و حرارتی عالی از خود نشان دهد.
پارامترهای ریزبلوری: با استفاده از پراش پرتو ایکس، پارامترهایی مانند فاصله بین لایه‌ای (d₀₀₂)، قطر متوسط ​​لایه (Lₐ) و ارتفاع روی هم قرار گرفتن (Lc) ریزبلور‌ها در کک نفتی گرافیتی‌شده را می‌توان محاسبه کرد. این پارامترها نشان‌دهنده اندازه و چیدمان ریزبلور‌ها هستند و به عنوان شاخص‌های مهمی برای ارزیابی درجه گرافیتی شدن عمل می‌کنند.

دوم. اثرات فرآیند گرافیتی شدن

گذار از حالت آمورف به حالت کریستالی: قبل از گرافیتی شدن، ساختار کربن کک نفتی آمورف است که با ساختار ماده‌ای «بی‌نظم بلندبرد، منظم کوتاه‌برد» مشخص می‌شود. از طریق عملیات گرافیتی شدن (که معمولاً در دماهای بالا از ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود)، کربن آمورف به تدریج به یک ساختار کریستالی گرافیت سه‌بعدی منظم تبدیل می‌شود.
افزایش اندازه ریزبلور: در طول گرافیتی شدن، ضخامت متوسط ​​(Lc) و عرض (Lₐ) پولک‌های شبکه کربن افزایش می‌یابد، در حالی که فاصله بین لایه‌ها (d) کاهش می‌یابد. این امر منجر به افزایش اندازه ریزبلور و ساختار بلوری کامل‌تر می‌شود.
کاهش مقاومت ویژه: با افزایش درجه گرافیتی شدن، مقاومت ویژه کک نفتی گرافیتی شده به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. دلیل این امر این است که در طول گرافیتی شدن، چیدمان اتم‌های کربن منظم‌تر می‌شود و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد آزادانه‌تر در صفحات لایه حرکت کنند و در نتیجه رسانایی الکتریکی افزایش می‌یابد.

III. رابطه بین ریزساختار و خواص

رسانایی الکتریکی: ساختار کریستالی لایه‌ای کک نفتی گرافیتی شده، الکترون‌ها را قادر می‌سازد تا آزادانه در صفحات لایه حرکت کنند و در نتیجه رسانایی الکتریکی عالی ایجاد شود. این ویژگی، کک نفتی گرافیتی شده را به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند مواد الکترود و افزودنی‌های رسانا قابل استفاده می‌کند.
رسانایی حرارتی: به دلیل نیروهای واندروالس که لایه‌ها را به هم متصل می‌کنند، گرما می‌تواند به سرعت در صفحات لایه منتقل شود. در نتیجه، کک نفتی گرافیتی شده نیز رسانایی حرارتی خوبی از خود نشان می‌دهد و آن را برای ساخت مواد اتلاف گرما و سایر کاربردها مناسب می‌کند.
خواص مکانیکی: ساختار کریستالی کک نفتی گرافیتی شده، استحکام مکانیکی خاصی را برای آن فراهم می‌کند. با این حال، در مقایسه با مواد فلزی، ساختار لایه‌ای آن منجر به پیوند بین لایه‌ای ضعیف‌تر می‌شود که منجر به استحکام خمشی و فشاری نسبتاً پایین‌تر می‌شود. این ویژگی عملکردی، کک نفتی گرافیتی شده را در مواردی که نیاز به تحمل فشارهای خاص دارد اما به استحکام بالا نیاز ندارد، یک مزیت کاربردی می‌کند.