石墨為什么會導電

【專家解說】：　　石墨 　　英文名稱： 　　graphite 　　石墨是碳質(zhì)元素結晶礦物，它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網(wǎng)層間的距離為3.40人，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1．42A。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。 　　石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì),它們互為同素異形體. 　　山東省萊西市為我國石墨重要產(chǎn)地之一,石墨探明儲量687.11萬噸，現(xiàn)保有儲量639.93萬噸. 　　石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。 　　自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。 　　石墨的工藝特性主要決定于它的結晶形態(tài)。結晶形態(tài)不同的石墨礦物，具有不同的工業(yè)價值和用途。工業(yè)上，根據(jù)結晶形態(tài)不同，將天然石墨分為三類。 　　1．致密結晶狀石墨 　　致密結晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結晶明顯晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0．1毫米。晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構造。這種：石墨的特點是品位很高，一般含碳量為60～65％，有時達80～98％，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。 　　2．鱗片石墨 　　石墨晶體呈鱗片狀；這是在高強度的壓力下變質(zhì)而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦石的特點是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之間。是自然界中可浮性最好的礦石之一，經(jīng)過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、可塑性均比其他類型石墨優(yōu)越；因此它的工業(yè)價值最大。 　　3．隱晶質(zhì)石墨 　　隱品質(zhì)石墨又稱非晶質(zhì)石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數(shù)高達90％以上。礦石可選性較差。 　　石墨由于其特殊結構，而具有如下特殊性質(zhì)： 　　1）耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。 　　2）導電、導熱性：石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠?qū)щ娛且驗槭忻總€碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷. 　　3）潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。 　　4）化學穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。 　　5）可塑性：石墨的韌性好，可年成很薄的薄片。 　　6）抗熱震性：石墨在常溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產(chǎn)生裂紋。 　　名字來源：源于希臘文“graphein”，意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A.G.Werner于1789命名； 　　化學組成：成分純凈者極少，往往含各種雜質(zhì)； 　　類別：自然元素-非金屬元素-碳族 　　晶系和空間群：六方晶系，P63/mmm； 　　晶胞參數(shù):a0=0.246nm，c0=0.670nm； 　　形態(tài)：單晶體常呈片狀或板狀，但完整的很少見。集合體通常為鱗片狀，塊狀和土狀； 　　顏色：鐵黑色； 　　條痕：光亮黑色 　　透明度：不透明 　　光澤：呈半金屬光澤 　　硬度：1-2 　　解理和斷口：平行解理極完全； 　　比重：2.21-2.26g/cm3 　　其他性質(zhì)：薄片具撓性，有滑感，易污手，具有良好的導電性； 　　鑒定特征鐵黑色，硬度低，一組極完全解理，有滑感和染手； 　　成因和產(chǎn)狀：石墨是在高溫下形成。分布最廣是石墨的變質(zhì)礦床，系由富含有機質(zhì)或碳質(zhì)的沉積巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成； 　　主要用途：石墨在工業(yè)上用途很廣，用于制作冶煉上的高溫坩堝、機械工業(yè)的潤滑劑、制作電極和鉛筆芯；廣泛用于冶金工業(yè)的高級耐火材料與涂料、軍事工業(yè)火工材料安定劑、輕工業(yè)的鉛筆芯、電氣工業(yè)的碳刷、電池工業(yè)的電極、化肥工業(yè)催化劑等。鱗片石墨經(jīng)過深加工，又可生產(chǎn)出石墨乳、石墨密封材料與復合材料、石墨制品、石墨減磨添加劑等高新技術產(chǎn)品，成為各個工業(yè)部門的重要非金屬礦物原料 　　石墨新用途： 　　隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。 　　柔性石墨制品。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品。 　　年美國研究成功柔性石墨密封材料，解決了原子能閥門泄漏問題，隨后德、日、法也 　　開始研制生產(chǎn)。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性。 　　因此，是一種理想的密封材料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領域。國際市場需求 　　量逐年增長。 　　著名產(chǎn)地：紐約Ticonderoga，馬達加斯加和Ceylon，我國以黑龍江雞西市柳毛為最大的產(chǎn)地。 　　石墨粉里“飛”出金剛石 　　提起鉆石，人們就會聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動而光芒四射。但因它的昂貴價格，大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此，人們對鉆石還是很向往的。你知道鉆石是什么嗎？它的化學成分是碳(C)，天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的鉆石只有2粒，400克拉以上的鉆石只有多粒，我國迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因為可做“鉆石“用的天然金剛石很罕見，人們就想“人造“金剛石來代替它，這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。 　　金剛石和石墨的化學成分都是碳(C)，稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的物質(zhì)，而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。 　　石墨和金剛石的硬度差別如此之大，但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石，因為自然界中石墨(碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳，不是那么容易的。石墨在5-6萬大氣壓（（5-6）×103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑，可使石墨轉變成金剛石。 　　目前世界上已有十幾個國家（包括我國）均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細，主要用途是做磨料，用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當前，世界金剛石的消費中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠遠超過天然金剛石的產(chǎn)量。 　　最初合成的金剛石顆粒呈黑色，0.5mm大小，重約0.1克拉（用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）?，F(xiàn)在我國研制的大顆粒金剛石達3mm以上，美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應于市場。