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      導電石墨粉和導電碳黑有啥不同

      2019-10-10   次閱讀

      石墨作為碳的形態之一,為層型結構,層中每個碳原子以sp2雜化軌道與三個相鄰的碳原子形成三個等距離的鍵,未參與雜化的spz軌道還有一個孤電子,與石墨層的方向垂直,每個碳原子的spz軌道的孤電子相互重疊(肩并肩),形成離域π鍵,這些離域電子在整個碳原子平面內自由移動,導致了石墨在平行于片層地方向上有良好的導電性,而層與層之間以范德華力相結合,呈高電阻。

      因此,石墨可被看成二維導體,其輸運性質介于金屬與半導體之間,屬傳統的半金屬(semimeta1)類型材料。石墨的二維特性是碳納米管得以研制成功的關鍵,石墨薄片能卷成管,進而石墨的碳原子層卷曲成圓柱狀,就形成徑向尺寸很小的碳納米管。所以石墨的二維輸運特性是理論與實驗研究的熱點。


      石墨粉的導電性主要取決于純度(即含碳量),石墨化度(石墨化度是衡量炭素物質從無定形炭通過結構重排,其晶體接近完善石墨的程度)以及粉體顆粒大小、形態等因素。一般來講,粉體純度越高、石墨化度越高、粒徑分布越寬、長徑比越高,則導電性越好。

      導電石墨粉和導電碳黑有啥不同

       巴豆酸,石墨粉,硫酸氫鈉,二氧化氯消毒液,食品級氫氧化鈣

      導電碳黑是一個統稱,它泛指導電能力強于普通炭黑、色素炭黑的特殊炭黑品種。根據導電能力大小,從低到高以此可分為CF導電碳黑(Conductive Blacks),SCF超導電碳黑(Super Conductive Blacks),XCF特導電碳黑(Extra Conductive Blacks)。從生產方法來講,可以分成乙炔炭黑,重油爐法炭黑,重油造氣副產炭黑三大類

      碳黑屬于無定形碳,是由烴類化合物(液體或氣態)經不完全燃燒或熱裂解而產生的微細粉末。主要組成物是碳元素,以近似球體的膠體原生粒子及聚集體形式存在,還含有少量的氫、氧、硫、灰分、焦油和水分。炭黑的結構性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來表示的。

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       巴豆酸,石墨粉,硫酸氫鈉,二氧化氯消毒液,食品級氫氧化鈣

      目前常用吸油值表示結構性,吸油值越大,炭黑結構性越高,容易形成空間網絡通道,而且不易破壞。高結構炭黑顆粒細,網狀鏈堆積緊密,比表面積大,單位質量顆粒多,有利于在聚合物中形成鏈式導電結構。粒徑分布寬的炭黑粒子比分布窄的炭黑粒子更能賦予聚合物導電性。

      可用統計方法解釋這個現象。粒徑分布寬的炭黑,少數大直徑粒子需要數目巨大,直徑更小的粒子給予補償,相同平均粒徑分布寬的炭黑比分布窄的炭黑有更多的粒子總數。所謂無定形碳,并不是指這些物質存在的形狀,而是指其內部結構。

      實際上它們的內部結構并不是真正的無定形體,而是具有和石墨一樣結構的晶體,只是由碳原子六角形環狀平面形成的層狀結構零亂且不規則,晶體形成有缺陷,而且晶粒微小,含有少量雜質。大部分無定形碳是石墨層型結構的分子碎片大致相互平行地,無規則地堆積在一起,可簡稱為亂層結構。由于真正導電性優異的是石墨化的碳,石墨化程度越高,導電性越好。所以一般來講,石墨的導電性優于碳黑(兩者均純度很高的情況下,如果純度不高,沒可比性)。

      但在塑料體系中,為什么碳黑添加較少的質量能達到優于石墨的導電性呢?

      這是因為,在聚合物體系中,起導電作用的因素除了所加導電粉體本身的導電性外,還與導電粒子在聚合物中的分布狀態有關。

      同等質量的碳黑和石墨,由于碳黑比重更小,其在聚合物中占據了更大的體積分數,有利于形成導電網絡,從而獲得了比石墨粉做填料更好的導電效果。

      但在高聚集的狀態下,石墨聚集體的導電性要遠好于碳黑。這就是為什么好的導電電極材料是用石墨做的,而不是用碳黑做的。


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