Op deze Wikipedia-pagina wordt de elektrische geleidbaarheid van verschillende materialen gegeven in de derde kolom ($ \ sigma \ text {(S / m) op 20} ^ \ circ \ text {C} $). Ik ben geïnteresseerd in de vermelding voor Carbon (grafiet) :
- $ 2 $ tot $ 3 \ times 10 ^ 5 \ text {S / m} \ perp \ text {basaal vlak} $
- $ 3.3 \ times 10 ^ 2 \ text {S / m} \ parallel \ text {basaal vlak} $
Waarom is de geleidbaarheid lager evenwijdig aan het vlak dan in de richting loodrecht op het vlak?
Ik ben verrast door de relatieve magnitudes van deze $ \ sigma $ -waarden, omdat ik dacht dat een van de verbazingwekkende dingen van grafeen – een atoomlaag van grafiet – was dat de geleidbaarheid in het vlak (dwz evenwijdig aan het basale vlak) is erg hoog. Ik zou een vergelijkbare trend verwachten parallel aan het basale vlak in grafiet.
Heb je enige suggesties om te lezen die ik kan doen om dit te begrijpen?
Antwoord
Goede vangst – je hebt absoluut gelijk. Dit is een vergissing op de Wikipedia-pagina, zoals een snelle controle met de daar vermelde referentie bevestigt. De waarden zijn verkeerd om.
Nu wijzigen …
Bewerkt om toe te voegen: dit roept natuurlijk de vraag op waarom het zo zou moeten zijn. Een enigszins met de hand gegolfd antwoord is dat, net als in benzeen, de $ p_z $ orbitalen elkaar overlappen binnen elk grafeenvel, zodat het elektron dat door elke koolstof wordt bijgedragen, wordt gedelokaliseerd in dit vlak (de andere drie zijn gebonden in de drie $ \ sigma $ obligaties). Dus in zekere zin is dit vervoeging, maar over een heel 2D-vlak in plaats van rond een ring of langs een enkele ketting van atomen. Aan de andere kant zijn de grafeenplaten wat verder van elkaar verwijderd dan de covalent gebonden atomen in een plaat (zoals je zou verwachten aangezien de platen slechts zwak zijn gebonden door van der Waals-interacties), en dus wordt de overlap sterk verminderd en geleiding is veel moeilijker.
Een vollediger antwoord zou berusten op een studie van de elektronische bandstructuur van grafiet, wat een actief onderzoeksgebied is en buiten het bestek van dit antwoord valt!
Opmerkingen
- Net als een follow-up, waarom is de elektrische geleidbaarheid hoger in de parallelle richting?
- Jij veronderstelde dat al in Uw vraag, waarom?