Diamond ak grafit: mond lan kaptivan nan de allotropes

Nan lavi chak jou nou an, kabòn egziste nan plizyè fòm, ki pi koni nan yo se grafit nan plon kreyon ak Diamonds klere tou - Diamonds. Malgre ke yo sòti nan menm eleman, pwopriyete fizik de yo trè diferan, ki soti nan koulè, dite nan pwen k ap fonn, ki montre divèsite ak majik kabòn.

Diferans estriktirèl: konprann diferans makroskopik ak mikwoskopik la

Diamond ak grafit yo tou de te fè nan atòm kabòn ki konekte pa lyezon kovalan, men aranjman yo se konplètman diferan. Diamond se pi difisil pase grafit paske atòm kabòn nan dyaman yo ranje nan yon estrikti tetraedral, epi chak atòm kabòn konekte ak kat lòt atòm kabòn, fòme yon estrikti rezo espasyal trè difisil ak inifòm. Kèlkeswa direksyon fòs ekstèn lan aplike, yon gwo kantite lyezon kovalan bezwen kase an menm tan pou defòme oswa kraze li.

 

Nan contrast, estrikti nan grafit parèt yo dwe anpil "ki lach". Atòm kabòn yo nan grafit yo ranje nan kouch, ak atòm kabòn yo nan chak kouch yo byen konekte pa lyezon kovalan yo fòme yon kadriyaj egzagonal, pandan y ap kouch yo konekte youn ak lòt pa fòs van der Waals ki pi fèb. Distans ki genyen ant kouch yo twò gwo ak fòs la twò fèb, kidonk li se fasil yo dwe "kase youn pa youn" - premye li fasil "fwote" nan kouch trè mens, ak Lè sa a, estrikti nan kouch mikwoskopik fasil detwi pa ekstèn. fòs. Estrikti sa a kouch bay grafit bon lubrisite ak plastisit, sa ki fè li fasil koupe ak fòm, ak dite li yo pi ba anpil pase dyaman.

 

Soti nan grafit ak dyaman: mirak nan sentèz atifisyèl

Etandone gwo diferans ki genyen ant dyaman ak grafit, syantis yo te angaje depi lontan nan eksplore metòd yo fè sentèz dyaman soti nan grafit. Soti nan tantativ segondè-tanperati elektrik Moissan a, nan metòd eksplozyon pita, metòd depo vapè, ak Lè sa a, nan metòd modèn wo-tanperati ak segondè-presyon, chak inovasyon teknolojik make grandisan nan konpreyansyon imen nan materyèl kabòn ak amelyorasyon nan teknik. kapasite yo. Espesyalman metòd la depo vapè ak metòd la wo-tanperati ak presyon ki wo, ansyen an ka grandi fim dyaman oswa kristal sou yon substra espesifik pa jisteman kontwole pwosesis la depo nan atòm kabòn; lèt la sèvi ak efè katalitik nan katalis anba tanperati ki wo ak kondisyon presyon ki wo konvèti grafit nan patikil gwo nan dyaman, ki yo te itilize nan zouti koupe endistriyèl ak bijou.

 

Anomali dite ak pwen k ap fonn: Poukisa dyaman gen yon pwen k ap fonn ki ba?

Soti nan yon pèspektiv mikwoskopik, k ap fonn vle di ke patikil ki fòme sibstans nan jwenn libète nan espas ki genyen twa dimansyon epi yo ka koule lib. Pou dyaman ak grafit, libète sa a mande pou destriksyon similtane yon gwo kantite lyezon kovalan, kidonk pwen k ap fonn yo trè wo.

 

Pou pifò kristal, pi wo dite a, pi wo a pwen k ap fonn. Sepandan, nan ka a nan dyaman ak grafit, dite a ak pwen k ap fonn yo enkonsistan.

 

Malgre ke dyaman li te ye pou dite san parèy li yo, pwen k ap fonn li yo san atann pi ba pase sa yo ki an grafit. Rezon ki fè la dèyè sa a se pre relasyon ak fòs kovalan yo ak karakteristik estriktirèl yo. Atòm kabòn yo nan dyaman itilize ibridasyon sp3, ak longè kovalan ki fòme a pi long (0.155nm) ak enèji kosyon an relativman ba; pandan atòm kabòn yo nan grafit itilize ibridasyon sp2, longè lyezon an pi kout (0.142nm) epi enèji lyezon an pi wo. Se poutèt sa, lè tou de materyèl transfòme soti nan solid nan likid, byenke yon gwo kantite lyezon kovalan bezwen kase, lyezon yo kovalan pi fò nan grafit mande pou pi wo enèji kraze, sa ki lakòz yon pwen k ap fonn pi wo pou grafit pase pou dyaman (3680 degre pou grafit ak 3550 degre pou dyaman).

 

Kondiktivite tèmik nan Graphite ak Diamond

Graphite se yon materyèl ki gen ekselan konduktiviti tèmik, ak konduktiviti tèmik li yo pi wo pase anpil materyèl komen. Ranje konduktiviti tèmik nan grafit jeneralman wo, men valè espesifik la varye depann sou bon jan kalite a nan grafit la ak kondisyon tès yo.

 

Estrikti a kouch nan grafit se kle nan konduktiviti efikas tèmik li yo. Atòm kabòn yo nan kouch yo byen mare pa lyezon kovalan fò yo fòme yon estrikti ki estab, ki se fezab nan transfè a rapid nan chalè. Sepandan, paske kouch yo konekte pa fòs van der Waals fèb, konduktiviti tèmik nan grafit nan direksyon entèlayer se relativman fèb. Malgre sa, grafit se toujou lajman itilize kòm yon materyèl jesyon tèmik nan anviwònman tanperati ki wo, tankou koule chalè, fim tèmik kondiktif, elatriye ekselan konduktiviti tèmik li yo ak estabilite chimik jwe yon wòl enpòtan nan aplikasyon sa yo.

 

Pou dyaman, byenke dyaman se yon izolan epi li pa gen elektwon gratis, li gen pi bon konduktiviti tèmik nan tout solid. Konduktivite tèmik li yo klase nan mitan pi bon an nan lanati. Nan tanperati chanm, konduktiviti tèmik dyaman ka rive nan 2000 ~ 2200 W / (m·K), ki se 4 ~ 5 fwa sa yo ki an kwiv ak ajan, 4 fwa sa yo ki nan carbure Silisyòm (SiC), 13 fwa sa yo ki nan Silisyòm ( Si), ak 43 fwa sa a nan galyòm asenide (GaAs). Anplis de sa, konduktiviti tèmik nan kalite IIa dyaman nan tanperati azòt likid ka rive jwenn 25 fwa sa yo ki an kwiv, ki montre super konduktiviti tèmik. Diamond gen pwopriyete chimik ki estab, li rezistan a asid ak alkali, epi li pa reyaji ak sèten pwodwi chimik nan tanperati ki wo. Pwopriyete sa yo pèmèt li kenbe bon konduktiviti tèmik menm nan anviwònman ekstrèm.

 

Pa gen okenn elektwon gratis nan estrikti dyaman an, kidonk ki jan li ka gen konduktiviti tèmik? Li sanble ke sans nan konduktiviti tèmik ak konduktiviti elektrik se diferan, ki se detèmine pa nati a mikwoskopik nan chalè - sans nan mikwoskopik nan chalè se mouvman an nan patikil. Si vitès mouvman patikil mikwoskopik la rapid, manifestasyon ekstèn lan se tanperati ki wo. Mouvman sa a nan patikil mikwoskopik ka gratis ak iregilye, oswa li ka pwòp tèt ou-Vibration sou lasi a. Li ka imajine ke ekselan konduktiviti tèmik nan dyaman reyalize pa Vibration nan atòm kabòn yo tèt yo sou lasi a. Akòz aranjman an trè òdone nan lasi dyaman an, ak lefèt ke frekans Vibration li yo trè konsistan ak frekans ki nesesè pou kondiksyon chalè (esansyèlman yon vag elektwomayetik), Vibration sa a nan atòm kabòn ka fasilman lakòz sonorite nan kristal la, kidonk byen vit. kondwi chalè soti nan yon kote nan yon lòt, fè dyaman sibstans nan solid ak pi bon konduktiviti nan tèmik.

 

Sa a konduktiviti tèmik inik fè dyaman lajman itilize nan jaden gwo teknoloji. Pou egzanp, nan anbalaj chip semi-conducteurs, dyaman ka byen vit fè chalè pou anpeche chip la fè mal oswa diminye fyab akòz tanperati twòp. Anplis de sa, dyaman yo itilize tou pou fabrike lavabo chalè ak materyèl koòdone segondè konduktiviti tèmik pou aparèy elektwonik gwo pouvwa. Akòz segondè konduktiviti tèmik li yo ak koyefisyan ekspansyon tèmik ki ba, li ka efektivman redwi chanjman dimansyon materyèl la lè tanperati a chanje, epi amelyore estabilite ak disponiblite ekipman an.

Kòm allotrop nan kabòn, dyaman ak grafit montre pwopriyete makwoskopik konplètman diferan atravè mikwostrikti inik yo. Soti nan transfòmasyon mityèl yo rive nan pwopriyete fizik anomal, chak dekouvèt se yon revelasyon pwofon sou mistè lanati yo ak yon temwayaj sou bon konprann imen ak pwogrè teknolojik.