Вуглець і вуглецеві матеріали

У полікристалічних вуглецевих матеріалах загальна провідність визначається двома складовими: електропровідністю кристалітів, металевою за своїм типом, і провідністю аморфного вуглецю-напівпровідника. Цим обумовлена, екстремальна залежність електропровідності багатьох вуглеграфітових матеріалів від температури: електроопір напівпровідника з ростом температури падає, а металу росте. Тому існує мінімум температурної залежності опору, причому його положення зсувається в область більш низьких температур при удосконаленні кристалічної структури зразка. Таким чином, за положенням екстремуму можна судити про ступінь наближення структури до ідеальної графітової.

У монокристалі графіту перенесення тепла здійснюється, головним чином, уздовж шарів атомів вуглецю, що приводить до анізотропії теплопровідності. Електропровідність і теплопровідність графіту мають різну природу. Остання визначається тепловими коливаннями ґраток монокристала. Коливанням ґраток, що квантуються, ставлять у відповідність рух квазичастинок - фононів. Рух фононів у кристалі подібний руху молекул ідеального газу в посудині і підкоряється таким же кінетичним закономірностям. Фононна провідність цілком визначає теплопровідність графіту в напрямку перпендикулярному шарам. У напрямку паралельному шарам перенесення тепла здійснюється і носіями заряду.Як для ізотропного алмазу, так і для анізотропного графіту температурна залежність теплопровідності має максимум, положення і рівень якого визначається рядом не до кінця з'ясованих факторів, зокрема розміром зразка, величиною й орієнтацією в ньому кристалітів та ін. Положення максимуму теплопровідності природного графіту знаходиться в області Т=120-200 К.

Існує встановлений емпіричним шляхом зв'язок між теплопровідністю й електропровідністю графіту. При температурах, близьких до кімнатних, він виражається рівнянням:

λЧρ=const,

де ρ - електроопір.

Класична теорія теплоємності дає її значення для кристалів при досить високих температурах приблизно 25 Дж/(мольЧК). У випадку графітів величина теплоємності відповідає теоретичній в температурному інтервалі 2200-3200 К. Потім вона починає рости за експонентним законом. Це зростання пояснюють збільшенням кількості вакансій у кристалічних ґратках, що виникають за рахунок випаровування графіту.

Теплове розширення графіту анізотропчне, як і багато його інших фізичних властивостей. Анізотропія характеризується відношенням коефіцієнтів розширення зразка у паралельному і перпендикулярному напрямках зламу. Це відношення для різних графітів знаходиться в межах від 1 до 30.

Карбін

Карбін являє собою лінійну форму вуглецю і відкритий понад тридцять років тому. На початку 60-х років радянські хіміки В.В.Коршак, А.М.Сладков і В.І.Касаточкін каталітичним окисненням ацетилену синтезували "одномірний" полімер вуглецю і назвали його карбіном (корінь "карб" від сагbоnеuм -- вуглець, а закінчення "ін" прийнято в органічній хімії для речовин, що містять потрійні зв'язки). Атоми вуглецю з'єднані в ланцюжок одинарними і потрійними зв'язками, які чергуються. Зовнішнім виглядом карбін : чорний дрібнодисперсний порошок, має напівпровідникові властивості.

Завдяки властивостям цієї структури їй пророкують широке растосування у майбутньому в мікроелектроніці, оптиці, мікрохвильовій і електричній технології, конструкції джерел струму і медицині. В усіх цих областях ключове значення має висока стабільність фізичних і хімічних властивостей. У зв'язку з цим викликає інтерес зміна поверхні карбіна в атмосфері повітря протягом декількох років, що пройшли після синтезу, а також його модифікація в умовах надвисокого вакууму. Електропровідність карбіну помітно зростає при освітленні. На цьому засновані перші практичні кроки по використанню нового матеріалу у техніці. Карбінові фотоелементи надійні аж до 500 °С, перевершуючи інші подібні прилади.

В карбіні спостерігається лінійне розташування атомів, у виді ланцюжків. Він підрозділяється на дві модифікацій: з кумульованими зв'язками =С=С=С= (β-карбін) і поліїновими зв'язками (α-карбін).

Ці модифікації розрізняються за сполукою продуктів озонування