På denne Wikipedia-siden er den elektriske ledningsevnen til forskjellige materialer gitt i tredje kolonne ($ \ sigma \ text {(S / m) ved 20} ^ \ circ \ text {C} $). Jeg er interessert i oppføringen for Carbon (grafitt) :
- $ 2 $ til $ 3 \ ganger 10 ^ 5 \ tekst {S / m} \ perp \ text {basalplan} $
- $ 3.3 \ ganger 10 ^ 2 \ text {S / m} \ parallell \ text {basalplan} $
Hvorfor er ledningsevne lavere parallelt med planet enn i retningen vinkelrett på planet?
Jeg er overrasket over den relative størrelsen på disse $ \ sigma $ -verdiene fordi jeg trodde at noe av det fantastiske med grafen – et atomlag av grafitt – var at dets ledningsevne i planet (dvs. parallelt med basalplanet) er veldig høyt. Jeg forventer en lignende trend parallelt med basalplanet i grafitt.
Har du noen forslag til å lese som jeg kan gjøre for å forstå dette?
Svar
God fangst – du har helt rett. Dette er en feil på Wikipedia-siden, som en rask sjekk med referansen der bekrefter. Verdiene er feil vei.
Endrer det nå …
Redigert for å legge til: dette reiser selvfølgelig spørsmålet om hvorfor det skal være slik. Et noe håndbølget svar er at, akkurat som i benzen, overlapper $ p_z $ orbitalene i hvert grafenark, slik at elektronet som er bidratt med hvert karbon blir avlokalisert i dette planet (de andre tre er bundet opp i de tre $ \ sigma $ obligasjoner). Så på en måte er dette konjugasjon, men over et helt 2D-plan i stedet for rundt en ring eller langs en enkelt kjede av atomer. På den annen side er grafenarkene ganske lenger fra hverandre enn de kovalent bundne atomene i et ark (som du kan forvente siden arkene bare er svakt bundet gjennom van der Waals-interaksjoner), og slik at overlappingen blir kraftig redusert og ledning er mye vanskeligere.
Et mer fullstendig svar vil stole på en studie av grafittens elektroniske båndstruktur, som er et aktivt forskningsområde og utenfor omfanget av dette svaret!
Kommentarer
- Akkurat som en oppfølging, hvorfor er den elektriske ledningsevnen høyere i parallell retning?
- Du antok det allerede i spørsmålet ditt, hvorfor?