La densidad teórica del grafito es de 2.26 g/cm³ y de 2260 kg/m³.
La densidad del grafito afecta su resistencia mecánica, conductividad térmica y propiedades eléctricas. Los ingenieros utilizan la densidad como indicador clave para determinar si el grafito es adecuado para una aplicación específica.
Por ejemplo, el grafito de alta densidad se puede utilizar en moldes, materiales para baterías y cojinetes. El grafito de baja densidad se utiliza como lubricante para... herramientas de metal, material de aislamiento térmico.
Es posible que descubra que la densidad del grafito es importante al seleccionar materiales de grafito para utilizarlos como electrodos, materiales refractarios o lubricantes.
Contenido
Cómo medir la densidad teórica del grafito
Antes de poder medir la densidad, es necesario comprender la estructura del grafito.
El grafito tiene una estructura cristalina hexagonal estratificada. Cada capa está formada por átomos de carbono dispuestos en una red de panal, con fuerzas de van der Waals débiles entre ellas.
La densidad teórica del grafito es cercana a 2.26 g/cm.3, que puedes calcular de las siguientes maneras:
Medición directa:
Calcula la densidad midiendo directamente la masa y el volumen.
Puedes medir la masa de una muestra de grafito utilizando una balanza de precisión.
Volumen: Para muestras de grafito con formas geométricas regulares, se puede calcular directamente. Para formas irregulares, se puede medir por desplazamiento.
Medida indirecta:
Método de gravedad específica del gas
Medir el volumen de una muestra de grafito mediante el desplazamiento de gas (por ejemplo, helio).
Los pasos específicos son los siguientes:
- Coloque la muestra de grafito en una cámara de volumen conocido.
- Pase un gas inerte (helio) y mida el cambio de presión.
- Utilice la ley de Boyle para calcular el volumen de la muestra.
- Combine con masa) para encontrar la densidad
También se puede utilizar XRD para determinar los parámetros reticulares del grafito y luego calcular la densidad teórica.
Densidad de diferentes productos de grafito
Los tipos comunes de grafito son los siguientes.
Grafito natural en escamas
Se puede encontrar grafito en escamas en rocas metamórficas, existe en forma de láminas o escamosas en calizas, gneises y esquistos.
Grafito sintético
El grafito sintético, también conocido como grafito artificial, suele fabricarse a partir de brea de alquitrán de hulla o petróleo mediante tratamiento térmico. El grafito sintético suele tener mayor resistividad y porosidad, y una densidad menor, entre aproximadamente 1.6 y 1.9 g/cm³.3.
Grafito prensado isostático
El grafito isostático tiene una densidad de aproximadamente 1.7 a 1.9 y es un grafito de grano fino con agregado fino. Presenta alta conductividad eléctrica y térmica, y una resistencia térmica extremadamente alta, y se utiliza en energía fotovoltaica, semiconductores, fundición, etc.
Grafito extruido
El grafito extruido generalmente tiene una densidad de 1.55 a 1.72 g/cm.3Con un tamaño de grano más grueso y menor resistencia, presenta alta conductividad térmica y eléctrica, y se utiliza a menudo en el procesamiento de soluciones, moldes de fundición, etc.
La siguiente tabla muestra la densidad de diferentes tipos de productos de grafito.
| Tipos de grafito | Densidad (g / cm³) |
|---|---|
| Grafito natural | 2.2 |
| Grafito sintético | 1.6 a 1.9 |
| Grafito isostático | 1.7 a 1.9 |
| Grafito extruido | 1.55 a 1.72 |
| Polvo de grafito (grano fino) | 1.83 |
| Polvo de grafito (grano medio) | 1.72 a 1.90 |
| Polvo de grafito (grano grueso) | 1.5 a 1.8 |
| Hoja de grafito | 0.85 |
| Grafito expandido | 2.2 |
Factores principales que afectan la densidad del grafito
La densidad del grafito, una forma cristalina del carbono, está influenciada por factores relacionados con su estructura atómica, composición y condiciones externas.
A continuación se presentan algunos de los principales factores que afectan la densidad del grafito.
Espaciado entre capas
El grafito consiste en capas hexagonales de carbono apiladas, sujetas por fuerzas de van der Waals débiles. Una menor separación entre capas reduce el volumen, lo que aumenta la densidad (como en el grafito compactado). Una mayor separación (p. ej., en el grafito expandido) disminuye la densidad.
Cristalinidad
El grafito altamente cristalino (estructura ordenada) presenta menos defectos y huecos, lo que resulta en una mayor densidad. El grafito amorfo (estructura desordenada) presenta una menor densidad debido a un empaquetamiento irregular.
Pureza
Algunas impurezas, como el diamante o el carbono amorfo, alteran la densidad. Las impurezas de diamante la aumentan, mientras que el carbono amorfo la reduce.
La inserción de moléculas o iones entre capas agrega masa, aumentando potencialmente la densidad.
Tamaño y forma de las partículas
Los polvos de grafito con una distribución uniforme del tamaño de partículas se compactan de manera más eficiente que las partículas irregulares o muy variables, lo que da como resultado una mayor densidad general.
Proceso de manufactura
La densidad del grafito compactado aumenta. Las altas temperaturas del proceso de sinterización También reduce la porosidad del grafito.
El recocido a alta temperatura puede mejorar la cristalinidad, aumentando la densidad, mientras que el fresado puede introducir defectos y disminuir la densidad.
Comparación de la densidad del diamante y el grafito
La estructura cristalina del diamante es tetraédrica (red 3D).
Cada átomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes fuertes con los átomos vecinos, formando una red rígida y compacta. La estructura tetraédrica tridimensional del diamante permite que los átomos ocupen el espacio eficientemente, minimizando los huecos.
Mientras que la estructura cristalina del grafito es de capas hexagonales (láminas 2D).
Cada átomo de carbono forma tres enlaces covalentes fuertes en un plano (formando un anillo hexagonal), y las fuerzas de van der Waals entre las capas son débiles. Debido a estas fuerzas, las capas de grafito están más separadas, por lo que el volumen aumenta para la misma masa.
Las diferencias de densidad provocan variaciones en las propiedades físicas del grafito y del diamante.
La baja densidad y la estructura en capas del grafito lo hacen lubricante y conductor, y se utiliza en lápices, lubricantes y electrodos de batería. La alta densidad del diamante lo endurece y conduce bien el calor. Esto lo hace ideal para herramientas de corte o abrasivos.
Preguntas Frecuentes
1. ¿Qué es el grafito de alta densidad?
El grafito de alta densidad es un material de alta resistencia y microestructura fina, con una densidad aparente de 1.8 g/cm³.
Debido a su capacidad para soportar temperaturas extremadamente altas, alta resistencia, conductividad térmica y conductividad eléctrica, el grafito de alta densidad tiene una amplia gama de aplicaciones, como ánodos de baterías de iones de litio, moldes de fundición de metales, intercambiadores de calor, cojinetes y bujes en aplicaciones de alta temperatura o fricción.