Graphite: An t-òr dubh gnìomhachais le pearsa sònraichte

Tha grafait nàdarrach na mhèinn neo-mheatailteach air a dhèanamh suas de eileamaidean gualain. Tha e mar thoradh air buaidhean co-cheangailte grùid agus metamorphism rè ùine eachdraidh geòlais. Tha a’ phròiseas cruthachaidh aige sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de dhà ìre: an ìre cruinneachadh grùid beairteach gualain agus an ìre mèinnearachd metamorphic. Tha a 'chiad fhear a' toirt seachad stòras beairteach de ghualain airson cruthachadh grafait, agus tha an tè mu dheireadh a 'crìochnachadh a' chruth-atharrachadh bho ghualain gu grafait.

Tha grafait nàdarra air a chruthachadh bho stuthan gualain ann an nàdar. Faodar stòran stuthan gualain a roinn sa mhòr-chuid ann an carbon organach agus carbon neo-organach. Nam measg, tha gualain organach a’ faighinn làmh an uachdair, gu ìre mhòr a’ tighinn bho phlanntaichean algae agus microfossils anns a’ chuan thùsail, a bharrachd air gualain eile anns a bheil fuigheall. Tha gualain neo-organach a’ dèanamh suas cuibhreann an ìre mhath nas lugha, a’ mhòr-chuid a’ tighinn bho charbon- anns a bheil stuthan neo-organach leithid creagan carbonate a chaidh a chruthachadh ann an àrainneachd na mara. Bidh an gualain organach tùsail agus an gualain neo-organach a’ cruinneachadh agus air a thiodhlacadh air grunnd na mara, a’ cruthachadh sreathan grùideach làn de stuthan gualain.

Às deidh stòran grùideach gu leòr a bhith aca, feumaidh stuthan carbonaceous cuid de shuidheachaidhean teòthachd is cuideam gus an cruth-atharrachadh gu grafait. Canar am pròiseas grafitization ris a’ phròiseas cruth-atharrachaidh seo cuideachd. Nuair a ghluaiseas pleitean teactonaig na Talmhainn, gluaisidh na sreathan grùideach beairteach gualain sa chuan mean air mhean gu pàirt dhomhainn an rùsg. Tha an àrainneachd dùinte le teòthachd àrd agus cuideam a’ toirt comas do na stuthan carbonaceous sgapte niuclas grafait a chruthachadh gu sgiobalta agus gu rianail, agus an uairsin cruinneachadh gu slaodach agus fàs gus criostalan grafait a chruthachadh. Nam measg, is e teòthachd agus cuideam na prìomh shuidheachaidhean airson stuthan carbonaceous a thionndadh gu grafait, agus tha an ùine fàs criostail na fheart cudromach anns an ìre de ghrafachadh.

Tha grafait nàdurrach air a chuairteachadh gu farsaing air feadh na cruinne agus tha stòrasan pailt ann. Tha an “Geàrr-chunntas Bathar Mèinnearachd 2024” a chaidh fhoillseachadh le Sgrùdadh Geòlais na Stàitean Aonaichte a ’sealltainn, aig deireadh 2022, gu robh na stòran glèidhte de ghrafait nàdurrach a chaidh a dhearbhadh air feadh na cruinne timcheall air 280 millean tunna. Bha cùl-stòran Shìona timcheall air 810 millean tunna, a’ dèanamh suas mu chairteal de dh’ iomlanachd na cruinne. Bha cinneasachadh grafait cruinne ann an 2023 timcheall air 1.6 millean tunna, agus bha cinneasachadh Shìona timcheall air 1.23 millean tunna, a’ dèanamh suas mu 77% de thoradh iomlan an t-saoghail, a ’dèanamh Sìona mar phrìomh riochdaire grafait san t-saoghal.

Tha grafait nàdarrach jet dubh ann an dath agus sleamhainn ann an inneach. A rèir nan eadar-dhealachaidhean anns an fhoirm criostalach aige, faodar a roinn ann an grafait criostalach agus grafait amorphous.

Tha cumadh criostail math air a’ ghrafait criostalach agus chithear na criostalan leis an t-sùil rùisgte. Faodar a sheòrsachadh tuilleadh ann an grafait flake agus grafait bloc. Nuair a thèid sreathan singilte de ghrafait a chruachadh gu òrdail, bidh iad a’ cruthachadh iasg mar ghrafait flake. Ma tha an rèiteachadh mì-rianail, thèid grafait bloc dùmhail a chruthachadh.

Tha na criostalan grafait cryptocrystalline gu math beag agus coltach ri stuthan mar ùir. Chan fhaicear na cumaidhean criostail aca gu soilleir ach le taic bho mhiocroscop dealanach, agus mar sin canar ùir riutha cuideachd mar grafait.

Tha dlùth cheangal aig cruth criostail grafait nàdarra ri a luach gnìomhachais. San fharsaingeachd, mar as fheàrr an ìre criostalachaidh, is ann as àirde na feartan càileachd. Mar sin, gu tric bidh feartan agus luach tagraidh nas fheàrr aig grafait flake an taca ri seòrsachan grafait eile.

Stèidhichte air an seòrsachadh de mhèinnirean a rèir an cruth criostalach, faodar na tasgaidhean grafait a roinn ann an trì seòrsaichean: seòrsa metamorphic roinneil, seòrsa metamorphic conaltraidh, agus seòrsa magmatic hydrothermal, stèidhichte air cùl-fhiosrachadh geòlais agus suidheachaidhean aig àm cruthachadh grafait.

Tha tasgaidhean grafait metamorphic roinneil air an cruthachadh sa mhòr-chuid le metamorphism roinneil de sheann ghualain-anns a bheil strata grùideach mar thoradh air gluasadan teactonaigeach. Bidh iad gu tric a’ toirt a-mach grafait flake de chàileachd mòr agus àrd. Ged a tha ìre a’ mhèinn gu math ìosal, tha sgèile mhòr aig na tasgaidhean sin agus tha an luach gnìomhachais aig an ìre as àirde.

Tha an tasgadh grafait metamorphic conaltraidh air a chruthachadh nuair a bhios magma a’ toirt a-steach don ghual - strata giùlan agus a’ charbon anns an t-sreath guail a’ dol tro metamorphism. Canar gual-le grafait cuideachd. Tha an ìre criostalachaidh grafait gu ìre mhath ìosal, a’ nochdadh mar microcrystalline no cryptocrystalline. Tha an ìre mèinn gu ìre àrd, a’ ruighinn 60% gu 90%.

Tha tasgaidhean grafait magma hydrothermal air an cruthachadh le bhith a’ fuarachadh agus a’ criostalachadh gualain anns a bheil lionntan magma. Mar as trice tha iad air sgèile bheag, le buidhnean mèinnearach neo-riaghailteach, atharrachaidhean mòra anns an ìre de chriostalachadh grafait, agus tha a’ mhòr-chuid dhiubh nan grafait flake meadhanach gu grinn. Tha an ìre mèinn gu math ìosal.

Tha structar sònraichte grafait nàdarra ga thoirt seachad le measgachadh de fheartan sàr-mhath, agus cuideachd a’ leudachadh gu mòr an raon tagraidh aige anns an raon gnìomhachais.

Stuth bog:Tha comas àrd - an aghaidh teòthachd àrd aig grafait. Tha an ìre leaghaidh aige faisg air 4,000 ceum agus tha an ìre goil aige a’ ruighinn 4,250 ceum. Is e criostal atamach a th’ ann an graphite, agus tha na ceanglaichean singilte covalent eadar dadaman gualain nan ceanglaichean ceimigeach làidir a dh’ fheumas tòrr lùth a bhriseadh. Mar sin, tha ìre leaghaidh grafait glè àrd, agus chan eil ach glè bheag de chall cuideim eadhon fo theodhachd fìor àrd. Mar sin, ann an roinnean tionnsgalach leithid meatailteachd agus tilgeadh, faodar grafait a chleachdadh gus breigichean teas-teasachaidh gualain magnesium agus teas àrd-teòthachd a dhèanamh.

Seasmhach ceimigeach:Tha feartan sàr-mhath an aghaidh creimeadh aig graphite. Faodaidh e seasamh an aghaidh bleith diofar searbhagan làidir, bunaitean làidir agus fuasglaidhean organach. A bharrachd air an sin, tha “dàimh" gu math ìosal aig grafait airson a’ mhòr-chuid de fhuasglaidhean ceimigeach, agus chan eil an uachdar aige buailteach a bhith a ’sgèileadh. Faodar a chleachdadh anns a 'ghnìomhachas cheimigeach gus innealan àrd -purity creimeadh - a dhèanamh, leithid pìoban ceimigeach, tancaichean ath-bhualadh, tùir losgaidh, agus mar sin air adhart.

Deagh lùth:Tha graphite na inneal cruaidh le eachdraidh fhada de chleachdadh. Tha an structar sreathach aige a tha furasta a shleamhnachadh a’ toirt deagh fheartan lubrication dha. An dèidh a bhith a 'toirt a-steach gasaichean agus steam uisge san adhar, tha an astar eadar sreathan grafait ag àrdachadh, ga dhèanamh nas fhasa a bhith a' sleamhnachadh agus ag àrdachadh a choileanadh lubrication. Mar sin, ann an gnìomhachasan leithid saothrachadh meacanaigeach, faodar grafait a chleachdadh mar inneal cruaidh gus cuideachadh le bhith a’ toirt air falbh molltairean bho tilgeadh, no faodar a chur còmhla ri meatailtean eile gus giùlan lubricating ola agus stuthan suathaidh eile a dhèanamh. Tha e cuideachd na leann air a chleachdadh gu cumanta ann am beatha làitheil airson fuasgladh fhaighinn air duilgheadas meirgeach coraichean glasaidh.

Gluasad dealain:Tha graphite na stuth giùlain neo-mheatailteach a thathas a’ cleachdadh gu cumanta, a tha co-cheangailte ri structar rèiteachadh dealanach dadaman gualain ann an grafait. Tha 4 eactronan anns gach atom carbon anns an t-sreath a-muigh aige. Anns a’ chìr-mheala-coltach ri structar sreathach de ghrafait, bidh gach atom gualain a’ cleachdadh 3 dealanan gus ceangal a dhèanamh ris na 3 atoman gualain eile timcheall air gus bannan covalent a chruthachadh. Mar sin, bidh dealan an-asgaidh a bharrachd aig gach atom gualain gus dealan a ghiùlan, a bheir air grafait deagh ghiùlan a bhith aige. Mar sin, graphite ga chleachdadh gu bitheanta ann an gnìomhachas an dealain agus tha e air a chleachdadh gu bitheanta mar filament de àrd-dian (- bholgain solais, slatan gualain, bruisean, msaa, no a chur an sàs mar electrodes ann an beag electrode carbon tubes, dearbhach electrodes airgead ceartachaidh, carbon tàthadh, fòn accessories agus co-phàirtean eile).

A bharrachd air an sin, tha feartan corporra agus ceimigeach seasmhach grafait a’ dearbhadh a fhreagarrachd mar retardant ath-bhualadh ceimigeach agus deagh insuladair. Tha seo air leigeil leis a bhith air a chleachdadh gu farsaing ann an raointean gnìomhachais ùr-nodha leithid stuthan gnìomhachas niuclasach agus co-phàirtean uidheamachd aerospace. Anns a’ cheathramh lùth-chleasaichean gas air fhuarachadh ann an Sìona an-dràsta, thathas a’ cleachdadh grafait stàbaill mar inneal-dìon nan reactaran.

Na h-eadar-dhealachaidhean eadar an dà sheòrsa "òr dubh gnìomhachais".

Tha grafait nàdarra agus gual an dà chuid stuthan air an dèanamh suas de eileamaidean gualain, agus canar "òr dubh gnìomhachais" ris an dà chuid. Ach, tha iad gu math eadar-dhealaichte ann an togalaichean structarail agus adhbharan cruthachaidh, agus tha na buannachdan sònraichte aca fhèin ann an tagraidhean gnìomhachais.

Bho shealladh structarail, tha grafait nàdarra agus gual gu math eadar-dhealaichte. Tha grafait nàdurrach na mhèinn fìor-ghlan air a dhèanamh suas de eileamaidean gualain, le dadaman gualain air an rèiteachadh ann an structar còmhdach òrdail agus structar criostail èideadh. Tha gual, air an làimh eile, na mheasgachadh de dhiofar eileamaidean leithid carbon, hydrogen, agus ocsaidean. Bidh dadaman gualain a’ tighinn còmhla ri dadaman eile gus diofar mholacilean organach a chruthachadh, a tha air an cur còmhla air thuaiream le todhar neo-organach, a’ leantainn gu structar iom-fhillte agus eas-òrdugh. Mar sin, tha feartan fiosaigeach agus ceimigeach grafait mòran nas seasmhaiche na feartan guail. Tha a phuing lasachaidh, puing leaghaidh, agus giùlan teirmeach uile mòran nas àirde na an fheadhainn aig gual. Is e seo an adhbhar carson, ged a tha tòrr eileamaidean gualain anns an dà chuid, faodar gual a chleachdadh mar chonnadh fhad ‘s nach urrainn grafait.

Bho shealladh adhbharan, ged a tha an dà chuid grafait nàdarrach agus gual nan toraidhean de ghrùid agus metamorphism fuigheall planntrais àrsaidh, tha cruthachadh grafait a’ feumachdainn metamorphism cuideam àrd agus àrd ann am pàirt dhomhainn rùsg na talmhainn, far am faod carbon criostalan grafait a chruthachadh. Chan fheum gual ach grùid a dhèanamh ann am pàirt eu-domhainn de rùsg na talmhainn gus lignite a chruthachadh, agus a dhol tro ìre ìosal de metamorphism gus gual bituminous agus anthracite a chruthachadh. Ma chumas an teòthachd agus an cuideam ag àrdachadh, faodaidh an cruth-atharrachadh bho ghual gu grafait tachairt cuideachd. Mar eisimpleir, cuirear fios gu gual metamorphic-seòrsa graphite air a chruthachadh nuair a thèid an còmhdach anthracite a chuir a-steach le magma agus a dhol tro mheatamorphism aig teòthachd àrd.

Ann an tagraidhean gnìomhachais, tha grafait nàdarra gu math eadar-dhealaichte bho ghual. Tha grafait nàdurrach air a chleachdadh sa mhòr-chuid mar stuth amh gnìomhachais gus pàirtean innealan gnìomhachais agus stuthan stèidhichte air carbon a dhèanamh. Tha gual, air an làimh eile, air a chleachdadh sa mhòr-chuid airson losgadh airson solar lùtha agus às-tharraing stuthan organach, leithid ann an gineadh cumhachd, dèanamh stàilinn, agus cinneasachadh methanol, ammonia amh, agus mar sin air adhart.

Tha teachd a’ chuairt ùr de thionndadh tionnsgalach cruinne air cothroman agus dùbhlain ùra a thoirt do rannsachadh agus cleachdadh grafait. Le adhartas teicneòlach agus ùrachadh tionnsgalach, tha teicneòlas adhartach giollachd grafait air adhartas a dhèanamh gu leantainneach, tha feartan grafait air a bhith air an leasachadh agus air an cleachdadh gu domhainn, agus tha gnìomhachas grafait air tòiseachadh a’ leasachadh a dh’ionnsaigh raointean teicneòlach àrd. Tha sreath de stuthan grafait ùr air nochdadh, leithid grafait sùbailte, grafait spherical, graphene, agus mar sin air adhart.

Tha grafait sùbailte air a dhèanamh le bhith a 'teasachadh agus a' leudachadh grafait flake nàdarra gu luath tro ghiollachd ceimigeach sònraichte. Air sgàth a phròiseas saothrachaidh leudachaidh, canar grafait leudaichte ris cuideachd. Chan e a-mhàin gu bheil grafait sùbailte a’ sealbhachadh feartan sàr-mhath grafait nàdurrach ach bidh e cuideachd a’ leudachadh a chuid bog, tapachd agus feartan sùghaidh. Faodaidh e obrachadh fo theodhachd àrd, bruthadh àrd, no suidheachaidhean rèididheachd agus faodar a chleachdadh mar stuth dìon-lasair agus ròin. A’ cleachdadh na feartan hydrophobic agus oleophilic aige, faodar a chleachdadh mar adsorbent airson làimhseachadh stuthan stèidhichte air ola, gu tric air a chleachdadh airson làimhseachadh ola amh agus uisge sgudail raon-ola; faodaidh e cuideachd stuthan a tha soluiteach ann an ola a thoirt air falbh, leithid puinnsean-bhiastagan agus cuid de cho-phàirtean cronail organach no neo-organach, no a chleachdadh gus stuthan cronail a thoirt air falbh ann an sèididh tionnsgalach agus gasaichean fuadain charbadan.

Gheibhear grafait spherical le bhith a’ cleachdadh dhòighean meacanaigeach agus fiosaigeach gus an grafait flake nàdarra a dhèanamh sphericalize. Tha an cumadh spherical ga thoirt gu buil le giùlan dealain sàr-mhath, comas cosgais is sgaoilidh, agus beatha baidhsagal, ga fhàgail na stuth electrode àicheil an ìre mhath air leth freagarrach airson bataraidhean lithium-. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha cleachdadh bataraidhean lithium-ion ann am bathar eileagtronaigeach leithid coimpiutairean, conaltradh agus dibhearsain air a dhol suas gu luath. Le leudachadh luath air gnìomhachas nan carbadan dealain glan agus càirdeil don àrainneachd, tha an t-iarrtas airson bataraidhean cumhachd lithium àrd-choileanaidh air a dhol suas gu leantainneach, a tha an uair sin air iarrtas agus leasachadh grafait spherical a stiùireadh.

Am measg a h-uile seòrsa ùr de stuthan grafait a tha rim faighinn an-dràsta, chan eil teagamh nach e graphene an "each dorcha" de stuthan, a 'toirt air adhart tonn ùr de thagraidhean airson grafait agus a' riochdachadh seòrsa ùr de fhorsa toraidh.

Tha graphene na-duilleag còmhdach-coltach ri stuth air a dhèanamh suas de atoman gualain, ris an canar cuideachd grafait monolayer. A dh’ aindeoin cho tiugh ‘s a tha e, tha neart fìor àrd aige, còmhla ri giùlan dealain sàr-mhath, seoltachd teirmeach, agus so-ruigsinneachd, ga fhàgail air a mheas gu mòr ann an grunn raointean leithid fiosaig, ceimigeachd, bith-eòlas agus lùth. Le bhith a’ faighinn buannachd bho fheartan adhartach graphene, faodar toraidhean adhartach gnìomhachais agus dealanach leithid còmhdach graphene an-aghaidh creimeadh, stuthan film sgaoileadh teas, innealan taisbeanaidh sùbailte, agus mothachairean mothachaidh a thoirt gu buil. Anns an àm ri teachd, bidh dùilean farsaing aig graphene ann an raointean leithid bith-mheidigeach, optics, eileagtronaigeach, agus an àrainneachd, agus thathar an dùil gun toir e ar-a-mach aimhreiteach anns an raon leth-chonaltraidh, a’ fàs mar an stuth bunaiteach airson cuairtean agus supercomputers an ath ghinealach.

Ann an co-theacsa rannsachadh domhainn leantainneach air stuthan grafait, thathas an dùil gun nochd stuthan stèidhichte air grafait nas ùr-ghnàthach agus àrd-choileanadh san àm ri teachd, le pàirt chudromach ann a bhith ag adhartachadh leasachadh gnìomhachais, ag àrdachadh èifeachdas lùtha, agus a’ dìon na h-àrainneachd. Tha rannsachadh làithreach a 'sealltainn gu bheil càileachd grafait nàdarra a' toirt buaidh dhìreach air coileanadh agus farsaingeachd cleachdadh stuthan ùra a chaidh ullachadh bhuaithe. Mar as fheàrr càileachd agus purrachd grafait nàdarra, is ann as motha a bhios na buannachdan ann a bhith ag ullachadh stuthan ùra. Anns an àm ri teachd, bidh barrachd iarrtas aig raointean lùtha ùr, stuthan ùra, gnìomhachas dìon nàiseanta, agus aerospace, a bhios a’ cleachdadh stuthan gearraidh iomall grafait, airson goireasan grafait àrd-inbhe. Mar an tèarmann as motha agus riochdaire de ghrafait nàdarrach san t-saoghal, bu chòir do Shìona cumail a’ dol a dhoimhneachadh oidhirpean sgrùdaidh grafait, a’ cleachdadh ioma-dhòigh gus rannsachadh coileanta a dhèanamh airson mèinnirean domhainn nan suidhe agus goireasan àrd-inbhe a leasachadh, agus a bhith an urra ri seo, leasachadh coileanta agus cleachdadh ghoireasan grafait a neartachadh, comasan rannsachaidh is ùr-ghnàthachaidh teicneòlach a neartachadh ann an raointean a tha a’ tighinn am bàrr, agus na buannachdan a th’ aig feachdan leasachaidh ùr grafait a thionndadh gu bhith a’ toirt cumhachd do leasachadh ghoireasan ùra.