炭石墨材料優良的電傳導性及其應用有哪些?
2023年08月25日
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石墨材料
石墨可以導電,是由于碳原子有兩個自旋方向相同的2P電子,在基態時處于價帶(又稱π帶)上,當它受激起后,便躍遷到上面空著的導帶(π *帶)上去,一起在價帶上便留下數量相同的空穴。電子帶負電荷,空穴帶正電荷,當在電場作用下,電子和空穴各朝相反的方向運動,因此對電氣傳導作出貢獻。由于石墨晶體中碳原子擺放比較嚴密,各個碳原子2P帶上電子的共有化程度深,因此價帶較寬,能和上面導帶作纖細交疊,它們之間的能隙寬度可降至0.01eV,故只要價帶上的電子遭到纖細激起便可躍遷到導帶上去,電導率即增高,故炭石墨材料的電阻隨溫度和它的石墨化程度的進步而下降。一般單晶石墨層面方向的電阻系數ρ=0.4Ω.mm2/m,而多晶石墨材料層面方向的電阻系數ρ≤10Ω.mm2/m。
炭石墨材料廣泛應用于電工、冶金方面作為電氣零件和導電電極,如半導體元件。當純真石墨摻雜不同原子價的元素時,可形成半導體,摻雜三價硼元素為P型半導體;摻雜五價磷或砷元素為P型半導體。在電工方向還有電子元件、電機電刷、電氣電觸點、電火花加工等等。在冶金方面可作為電爐電極、礦熱爐電極、煉鋁用陽極和陰極等。
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