Pe această pagină Wikipedia , conductivitatea electrică a diferitelor materiale este dat în a treia coloană ($ \ sigma \ text {(S / m) la 20} ^ \ circ \ text {C} $). Sunt interesat de intrarea pentru Carbon (grafit) :
- 2 $ până la 3 $ \ times 10 ^ 5 \ text {S / m} \ perp \ text {plan bazal} $
- $ 3,3 \ times 10 ^ 2 \ text {S / m} \ paralel \ text {plan bazal} $
De ce conductivitatea este mai mică paralelă cu planul decât în direcția perpendiculară pe plan?
Sunt surprins de mărimile relative ale acestor valori $ \ sigma $ pentru că am crezut că unul dintre lucrurile uimitoare despre grafen – un strat atomic de grafit – a fost că conductivitatea sa în planul (adică paralel cu planul bazal) este foarte înalt. M-aș aștepta la o tendință similară paralelă cu planul bazal în grafit.
Aveți vreo sugestie de citire pe care o pot face pentru a înțelege acest lucru?
Răspuns
Prinde bine – ai absolut dreptate. Aceasta este o greșeală în pagina Wikipedia, după cum confirmă o verificare rapidă cu referința listată acolo. Valorile sunt greșite.
Schimbarea ei acum …
Editat pentru a adăuga: acest lucru ridică desigur întrebarea de ce ar trebui să fie așa. Un răspuns oarecum ondulat de mână este că, la fel ca în benzen, orbitalele $ p_z $ se suprapun în fiecare foaie de grafen, astfel încât electronul contribuit de fiecare carbon este delocalizat în acest plan (celelalte trei sunt legate în cele trei $ \ sigma $ obligațiuni). Deci, într-un sens, aceasta este conjugarea, dar pe un plan întreg 2D, mai degrabă decât în jurul unui inel sau de-a lungul unui singur lanț de atomi. Pe de altă parte, foile de grafen sunt destul de îndepărtate unele de altele decât atomii legați covalent din cadrul unei foi (așa cum v-ați putea aștepta, deoarece foile sunt legate slab doar prin interacțiunile van der Waals), astfel încât suprapunerea este foarte redusă și conducerea este mult mai dificilă.
Un răspuns mai complet s-ar baza pe un studiu al structurii benzii electronice a grafitului, care este un domeniu activ de cercetare și dincolo de scopul acestui răspuns!
Comentarii
- La fel ca o continuare, de ce este conductivitatea electrică mai mare în direcția paralelă?
- am presupus asta deja în întrebarea ta, de ce?