Diamond agus Graifít: An Domhan iontach de dhá allotropes

Inár saol laethúil, tá carbón ann i mórán foirmeacha, agus is graifít i dtorthaí peann luaidhe agus diamaint dochreidte iad an ceann is cáiliúla. Cé go bhfuil siad díorthaithe ón ngné chéanna, tá airíonna fisiceacha an dá cheann an -difriúil, ó dhath, cruas go leáphointe, ag taispeáint éagsúlacht agus draíocht charbóin.

Difríochtaí struchtúracha: difríochtaí macrascópacha ón micreascóp a thuiscint

Déantar diamant agus graifít as adaimh charbóin atá nasctha le bannaí comhfhiúsacha, ach tá a socrú go hiomlán difriúil. Tá Diamond i bhfad níos deacra ná graifít mar go bhfuil na hadaimh charbóin i ndiamant eagraithe i struchtúr tetrahedral, agus tá gach adamh carbóin ceangailte le ceithre adamh carbóin eile, ag cruthú struchtúr líonra spásúil an -chrua agus aonfhoirmeach. Is cuma cén treo a chuirtear an fórsa seachtrach i bhfeidhm, ní mór líon mór bannaí comhfhiúsacha a bhriseadh ag an am céanna chun é a dhífhoirmiú nó a bhriseadh.

 

I gcodarsnacht leis sin, is cosúil go bhfuil struchtúr na graifíte i bhfad "scaoilte". Tá na hadaimh charbóin i graifít eagraithe i sraitheanna, agus tá na hadaimh charbóin i ngach ciseal nasctha go dlúth le bannaí comhfhiúsacha chun greille heicseagánach a dhéanamh, agus na sraitheanna ceangailte le fórsaí van der Waals níos laige. Tá an t-achar idir na sraitheanna ró-mhór agus tá an fórsa ró-lag, agus mar sin tá sé éasca a bheith "briste ceann ar cheann" - ar dtús tá sé "cuimilt" go héasca i sraitheanna thar a bheith tanaí, agus ansin tá an struchtúr ciseal micreascópach scriosta go héasca ag seachtrach. fórsaí. Tugann an struchtúr cisealta seo dea-lubricity agus plasticity graifít, rud a fhágann go bhfuil sé éasca a ghearradh agus a mhúnlú, agus tá a chruas i bhfad níos ísle ná Diamond.

 

Ó graifít go diamant: míorúilt na sintéise saorga

Mar gheall ar an difríocht mhór idir diamant agus graifít, tá eolaithe tiomanta le fada an lá chun modhanna a fhiosrú chun Diamond a shintéisiú ó ghraifít. Ó iarracht foirnéise leictreach ardteochta Moissan, go dtí an modh pléasctha níos déanaí, modh sil-leagain gaile, agus ansin chuig an modh nua-aimseartha ardteochta agus ardbhrú, léiríonn gach nuálaíocht theicneolaíoch tuiscint an duine ar ábhair charbóin a dhoimhniú agus feabhas a chur ar theicneolaíocht cumais. Go háirithe an modh sil-leagain gaile agus an modh ardteochta agus ardbhrú, is féidir leis an gcéad cheann scannáin diamaint nó criostail a fhás ar fhoshraith shonrach trí phróiseas sil-leagan na n-adamh carbóin a rialú go beacht; Baineann an dara ceann úsáid as an éifeacht chatalaíoch atá ag catalaígh faoi choinníollacha ardteochta agus ardbhrú chun graifít a thiontú ina cháithníní móra diamant, a úsáidtear in uirlisí gearrtha tionsclaíocha agus jewelry.

 

Aimhrialtacht cruas agus leáphointe: Cén fáth a bhfuil leáphointe íseal ag diamant?

Ó pheirspictíocht micreascópach, ciallaíonn leá go bhfaigheann na cáithníní a dhéanann an tsubstaint saoirse i spás tríthoiseach agus gur féidir leo sreabhadh faoi shaoirse. I gcás diamaint agus graifít, éilíonn an tsaoirse seo go scriosfaí líon mór bannaí comhfhiúsacha go comhuaineach, mar sin tá a gcuid pointí leá an -ard.

 

Don chuid is mó de na criostail, is airde an cruas, is airde an pointe leá. Mar sin féin, i gcás Diamond agus graifít, tá an cruas agus an pointe leá neamhréireach.

 

Cé go bhfuil cáil ar dhiamant mar gheall ar a chruas gan sárú, tá a leáphointe níos ísle gan choinne ná graifít. Tá dlúthbhaint ag an gcúis leis seo lena neart bannaí comhfhiúsacha agus lena saintréithe struchtúracha. Úsáideann na hadaimh charbóin i hibridiú sp3 Diamond, agus tá an fad banna comhfhiúsach déanta níos faide (0.155nm) agus tá an fuinneamh banna sách íseal; Cé go n-úsáideann na hadaimh charbóin i graifít hibridiú sp2, tá an fad banna níos giorra (0.142nm) agus tá an fuinneamh banna níos airde. Dá bhrí sin, nuair a athraíonn an dá ábhar ó soladach go leacht, cé go bhfuil gá le líon mór bannaí comhfhiúsacha a bhriseadh, éilíonn na bannaí comhfhiúsacha níos láidre i graifít fuinneamh níos airde chun briseadh, agus mar thoradh air sin tá pointe leá níos airde le haghaidh graifít ná Diamond (3680 céim le haghaidh graifít agus 3550 céim le haghaidh diamant).

 

Seoltacht theirmeach graifít agus diamant

Is ábhar é graifít le seoltacht theirmeach den scoth, agus tá a seoltacht theirmeach i bhfad níos airde ná go leor ábhar coitianta. Tá raon seoltacht teirmeach na graifíte ard i gcoitinne, ach athraíonn an luach sonrach ag brath ar cháilíocht na graifíte agus na coinníollacha tástála.

 

Is é an struchtúr srathaithe graifít an eochair dá seoltacht theirmeach éifeachtach. Tá na hadaimh charbóin sna sraitheanna faoi cheangal go docht ag bannaí comhfhiúsacha láidre chun struchtúr cobhsaí a dhéanamh, rud a chabhródh le haistriú tapa teasa. Mar sin féin, toisc go bhfuil na sraitheanna ceangailte le fórsaí lag van der Waals, tá seoltacht theirmeach graifít sa treo idir -imreora sách lag. In ainneoin seo, úsáidtear graifít go forleathan mar ábhar bainistíochta teirmeach i dtimpeallachtaí ardteochta, amhail slogaidí teasa, scannáin seoltaí teirmeacha, srl.

 

Maidir le diamant, cé gur inslitheoir é diamant agus nach bhfuil leictreoin in aisce ann, tá an seoltacht theirmeach is fearr aige de na solad go léir. Tá a seoltacht theirmeach i measc na cinn is fearr sa nádúr. ‌ Ag teocht an tseomra, is féidir le seoltacht theirmeach diamaint 2000 ~ 2200 W/(m·K) a bhaint amach, atá 4 ~ 5 huaire níos mó ná copar agus airgead, 4 huaire níos mó ná cairbíd sileacain (SiC), 13 huaire níos mó ná sileacain ( Si), agus 43 uair níos mó ná an t-arsenide gailliam (GaAs). Ina theannta sin, is féidir le seoltacht theirmeach Diamond cineál IIa ag teocht nítrigine leachtach 25 uair níos mó ná copar a bhaint amach, rud a léiríonn seoltacht super teirmeach. Tá airíonna ceimiceacha cobhsaí ag Diamond, tá sé resistant d'aigéid agus alcailí, agus ní imoibríonn sé le ceimiceáin áirithe ag teochtaí arda. Cuireann na hairíonna seo ar a chumas seoltacht theirmeach maith a choinneáil fiú i dtimpeallachtaí foircneacha.

 

Níl aon leictreoin saor in aisce sa struchtúr diamanta, mar sin conas is féidir seoltacht theirmeach a bheith aige? Tarlaíonn sé go bhfuil croílár seoltacht theirmeach agus seoltacht leictreach difriúil, rud a chinntear de réir nádúr micreascópach teasa - is é croílár micreascópach teasa gluaiseacht cáithníní. Má tá an ráta gluaiseachta cáithníní micreascópacha tapa, tá an léiriú seachtrach teocht ard. Is féidir leis an ngluaiseacht seo de cháithníní micreascópacha a bheith saor agus neamhrialta, nó is féidir é a bheith féin-chreathadh ar an laitíse. Is féidir a shamhlú go mbaintear amach seoltacht theirmeach den scoth Diamond trí chreathadh na n-adamh carbóin féin ar an laitíse. Mar gheall ar shocrú an-ordaithe an laitíse diamanta, agus go bhfuil a mhinicíocht creathadh comhsheasmhach go mór leis an minicíocht a theastaíonn le haghaidh seoladh teasa (go bunúsach tonn leictreamaighnéadach), is féidir le creathadh na n-adamh carbóin seo athshondas sa chriostail a chur faoi deara go héasca, rud a fhágann go tapa. ag seoladh teasa ó áit amháin go ceann eile, a dhéanamh Diamond an tsubstaint soladach leis an seoltacht teirmeach is fearr.

 

Déanann an seoltacht theirmeach uathúil seo Diamond a úsáidtear go forleathan i réimsí ardteicneolaíochta. Mar shampla, i bpacáistiú sliseanna leathsheoltóra, is féidir le Diamond teas a dhéanamh go tapa chun an tslis a chosc ó iontaofacht lag a dhéanamh nó a laghdú mar gheall ar theocht iomarcach. Ina theannta sin, úsáidtear Diamond freisin chun slogaidí teasa agus ábhair chomhéadain seoltachta teirmeach ard a mhonarú le haghaidh gléasanna leictreonacha ardchumhachta. Mar gheall ar a sheoltacht teirmeach ard agus a chomhéifeacht leathnaithe teirmeach íseal, is féidir leis athrú toiseach an ábhair a laghdú go héifeachtach nuair a athraíonn an teocht, agus feabhsú cobhsaíochta agus iontaofacht an trealaimh.

De réir mar a léiríonn allatróp de charbón, diamant agus graifít airíonna macrascópacha go hiomlán difriúil trína micreastruchtúir uathúla. Ón gclaochlú frithpháirteach go dtí airíonna fisiceacha aimhrialta, is léiriú domhain é gach fionnachtain ar rúndiamhra an dúlra agus fianaise ar eagna an duine agus ar dhul chun cinn teicneolaíochta.