Com és la microestructura (estructura cristal·lina) del coc de petroli grafititzat?

I. Característiques de l'estructura cristal·lina

Estructura en capes: L'estructura cristal·lina del coc de petroli grafititzat consisteix en xarxes planes d'àtoms de carboni hexagonals. Aquestes xarxes planes s'apilen capa per capa, formant una estructura en capes típica. Les capes estan connectades per forces de van der Waals relativament febles, que doten el grafit de lubricitat i anisotropia.
Constants de xarxa: Després del tractament de grafitització, les constants de xarxa (a₀ i c₀) del coc de petroli s'acosten a les del grafit natural, cosa que indica un alt grau de similitud en les seves estructures cristal·lines. Aquesta característica estructural permet que el coc de petroli grafititzat presenti una excel·lent conductivitat elèctrica i tèrmica.
Paràmetres microcristal·lins: Mitjançant la difracció de raigs X, es poden calcular paràmetres com l'espai entre capes (d₀₀₂), el diàmetre mitjà de la capa (Lₐ) i l'alçada d'apilament (Lc) dels microcristalls en el coc de petroli grafititzat. Aquests paràmetres reflecteixen la mida i la disposició dels microcristalls i serveixen com a indicadors importants per avaluar el grau de grafitització.

II. Efectes del procés de grafitització

Transició de l'estat amorf a l'estat cristal·lí: Abans de la grafitització, l'estructura de carboni del coc de petroli és amorfa, caracteritzada per una estructura material "desordenada de llarg abast i ordenada de curt abast". Mitjançant el tractament de grafitització (normalment realitzat a altes temperatures que oscil·len entre els 2500 °C i els 3000 °C), el carboni amorf es transforma gradualment en una estructura cristal·lina de grafit tridimensional ordenada.
Augment de la mida dels microcristal·lits: Durant la grafitització, el gruix (Lc) i l'amplada (Lₐ) mitjans dels flocs de la xarxa de carboni augmenten, mentre que l'espai entre capes (d) disminueix. Això resulta en un augment de la mida dels microcristal·lits i una estructura cristal·lina més perfecta.
Reducció de la resistivitat: A mesura que augmenta el grau de grafitització, la resistivitat del coc de petroli grafititzat disminueix significativament. Això és degut a que, durant la grafitització, la disposició dels àtoms de carboni esdevé més ordenada, permetent que els electrons es moguin més lliurement dins dels plans de les capes, millorant així la conductivitat elèctrica.

III. Relació entre la microestructura i les propietats

Conductivitat elèctrica: L'estructura cristal·lina en capes del coc de petroli grafititzat permet que els electrons es moguin lliurement dins dels plans de capes, donant lloc a una excel·lent conductivitat elèctrica. Aquesta propietat fa que el coc de petroli grafititzat sigui àmpliament aplicable en àrees com ara materials d'elèctrodes i additius conductors.
Conductivitat tèrmica: A causa de les forces de van der Waals que connecten les capes, la calor es pot transferir ràpidament dins dels plans de les capes. En conseqüència, el coc de petroli grafititzat també presenta una bona conductivitat tèrmica, cosa que el fa adequat per a la fabricació de materials de dissipació de calor i altres aplicacions.
Propietats mecàniques: L'estructura cristal·lina del coc de petroli grafititzat li proporciona una certa resistència mecànica. Tanmateix, en comparació amb els materials metàl·lics, la seva estructura en capes resulta en una unió entre capes més feble, cosa que porta a resistències a la flexió i la compressió relativament més baixes. Aquesta característica de rendiment dóna al coc de petroli grafititzat un avantatge d'aplicació en escenaris on necessita suportar certes pressions però no requereix una gran resistència.