Como é a microestrutura (estrutura cristalina) do coque de petróleo grafitizado?

I. Características da estrutura cristalina

Estrutura en capas: A estrutura cristalina do coque de petróleo grafitizado consiste en redes planas de átomos de carbono hexagonais. Estas redes planas están apiladas capa por capa, formando unha estrutura en capas típica. As capas están conectadas por forzas de van der Waals relativamente débiles, que dotan ao grafito de lubricidade e anisotropía.
Constantes de rede: Despois do tratamento de grafitización, as constantes de rede (a₀ e c₀) do coque de petróleo aproxímanse ás do grafito natural, o que indica un alto grao de semellanza nas súas estruturas cristalinas. Esta característica estrutural permite que o coque de petróleo grafitizado presente unha excelente condutividade eléctrica e térmica.
Parámetros microcristalinos: Mediante a difracción de raios X, pódense calcular parámetros como o espazado entre capas (d₀₀₂), o diámetro medio da capa (Lₐ) e a altura de apilamento (Lc) dos microcristais no coque de petróleo grafitizado. Estes parámetros reflicten o tamaño e a disposición dos microcristais e serven como indicadores importantes para avaliar o grao de grafitización.

II. Efectos do proceso de grafitización

Transición do estado amorfo ao cristalino: Antes da grafitización, a estrutura do carbono do coque de petróleo é amorfa, caracterizada por unha estrutura material "desordenada de longo alcance e ordenada de curto alcance". Mediante o tratamento de grafitización (normalmente realizado a altas temperaturas que oscilan entre os 2500 °C e os 3000 °C), o carbono amorfo transfórmase gradualmente nunha estrutura cristalina de grafito tridimensional ordenada.
Aumento do tamaño dos microcristalitos: Durante a grafitización, o grosor (Lc) e o ancho (Lₐ) medios das escamas da rede de carbono aumentan, mentres que o espazamento entre capas (d) diminúe. Isto resulta nun aumento do tamaño dos microcristalitos e nunha estrutura cristalina máis perfecta.
Redución da resistividade: A medida que aumenta o grao de grafitización, a resistividade do coque de petróleo grafitizado diminúe significativamente. Isto débese a que, durante a grafitización, a disposición dos átomos de carbono vólvese máis ordenada, o que permite que os electróns se movan con máis liberdade dentro dos planos das capas, mellorando así a condutividade eléctrica.

III. Relación entre a microestrutura e as propiedades

Condutividade eléctrica: A estrutura cristalina en capas do coque de petróleo grafitizado permite que os electróns se movan libremente dentro dos planos das capas, o que resulta nunha excelente condutividade eléctrica. Esta propiedade fai que o coque de petróleo grafitizado sexa amplamente aplicable en áreas como materiais de eléctrodos e aditivos condutores.
Condutividade térmica: Debido ás forzas de van der Waals que conectan as capas, a calor pode transferirse rapidamente dentro dos planos das capas. En consecuencia, o coque de petróleo grafitizado tamén presenta unha boa condutividade térmica, o que o fai axeitado para a fabricación de materiais de disipación de calor e outras aplicacións.
Propiedades mecánicas: A estrutura cristalina do coque de petróleo grafitizado confírelle unha certa resistencia mecánica. Non obstante, en comparación cos materiais metálicos, a súa estrutura en capas resulta nunha unión entre capas máis débil, o que leva a resistencias á flexión e á compresión relativamente menores. Esta característica de rendemento dálle ao coque de petróleo grafitizado unha vantaxe de aplicación en escenarios onde precisa soportar certas presións pero non require unha alta resistencia.