På denne Wikipedia-side er den elektriske ledningsevne af forskellige materialer angivet i den tredje kolonne ($ \ sigma \ text {(S / m) ved 20} ^ \ circ \ text {C} $). Jeg er interesseret i posten til Carbon (grafit) :
- $ 2 $ til $ 3 \ gange 10 ^ 5 \ tekst {S / m} \ perp \ text {basalplan} $
- $ 3.3 \ gange 10 ^ 2 \ text {S / m} \ parallel \ text {basalplan} $
Hvorfor er ledningsevne lavere parallel med planet end i retningen vinkelret på planet?
Jeg er overrasket over de relative størrelser af disse $ \ sigma $ værdier, fordi jeg troede, at en af de fantastiske ting ved grafen – et atomisk lag af grafit – var, at dets ledningsevne i planet (dvs. parallelt med basalplanet) er meget højt. Jeg forventer en lignende tendens parallelt med basalplanet i grafit.
Har du nogle forslag til læsning, som jeg kan gøre for at forstå dette?
Svar
God fangst – du er helt korrekt. Dette er en fejl på Wikipedia-siden, som en hurtig kontrol med referencen der er bekræftet. Værdierne er forkerte.
Ændrer det nu …
Redigeret for at tilføje: dette rejser naturligvis spørgsmålet om hvorfor det skal være sådan. Et lidt håndbølget svar er, at ligesom i benzen overlapper $ p_z $ orbitalerne inden for hvert grafark, så at elektronen, der bidrager med hvert kulstof, delokaliseres i dette plan (de andre tre er bundet i de tre $ \ sigma $ obligationer). Så på en måde er dette konjugation, men over et helt 2D-plan snarere end omkring en ring eller langs en enkelt atomkæde. På den anden side er grafenarkene temmelig længere adskilt fra hinanden end de kovalent bundne atomer i et ark (som man kunne forvente, da arkene kun er svagt bundet gennem van der Waals-interaktioner), så overlapningen reduceres kraftigt og ledning er meget vanskeligere.
Et mere komplet svar vil stole på en undersøgelse af grafits elektroniske båndstruktur, som er et aktivt forskningsområde og uden for omfanget af dette svar!
Kommentarer
- Som opfølgning, hvorfor er den elektriske ledningsevne højere i parallel retning?
- Dig antog det allerede i dit spørgsmål, hvorfor?