Le graphite est une forme cristalline du carbone.C'est un allotrope de l'élément carbone, et la périphérie de chaque atome de carbone est reliée à trois autres atomes de carbone (plusieurs hexagones disposés en nid d'abeille) pour former une molécule covalente.Le graphite est un conducteur électrique car chaque atome de carbone émet un électron et ces électrons sont libres de se déplacer.Le graphite est l'un des minéraux les plus mous et ses utilisations incluent la fabrication de mines de crayon et de lubrifiants.Le carbone est un élément non métallique situé dans le groupe IVA de la deuxième période du tableau périodique.Système de cristaux hexagonaux, couleur de l'encre fer à gris foncé.La densité est de 2,25 g/cm3, la dureté est de 1,5, le point de fusion est de 3 652 °C et le point d'ébullition est de 4 827 °C.Doux, crémeux et conducteur.Les propriétés chimiques sont inactives, résistantes à la corrosion et difficiles à réagir avec les acides et les alcalis.La chaleur intensifiée de l'air ou de l'oxygène peut brûler et générer du dioxyde de carbone.Des agents oxydants puissants l’oxyderont en acides organiques.Utilisé comme agent antifriction et matériau lubrifiant, dans la fabrication de creusets, d'électrodes, de piles sèches, de mines de crayon.Le graphite de haute pureté peut être utilisé comme modérateur de neutrons dans les réacteurs nucléaires.Souvent appelé charbon de bois ou plomb noir car il était auparavant confondu avec le plomb.

Le carbone est un élément très courant qui existe sous diverses formes dans l'atmosphère et la croûte terrestre.Le carbone simple a été connu et utilisé très tôt, et une série de composés de carbone – la matière organique constitue le fondement de la vie.Le carbone est un constituant de la fonte, du fer forgé et de l'acier.Le carbone est capable de s’auto-combiner chimiquement pour former une multitude de composés qui sont des molécules importantes sur le plan biologique et commercial.La plupart des molécules des organismes vivants contiennent du carbone.

Le carbone existe sous diverses formes, notamment le carbone simple cristallin tel que le diamant et le graphite ;le carbone amorphe tel que le charbon ;des composés organiques complexes tels que des animaux et des plantes ;les carbonates comme le marbre.Les propriétés physiques et chimiques du carbone élémentaire dépendent de sa structure cristalline.Le diamant de haute dureté et le graphite mou et glissant ont des structures cristallines différentes, et chacun a sa propre apparence, densité, point de fusion, etc.

Purification du graphite

1. La purification chimique consiste à utiliser les propriétés du graphite pour résister aux acides, aux alcalis et à la corrosion, à traiter le concentré de graphite avec de l'acide et de l'alcali pour dissoudre les impuretés, puis à les éliminer pour améliorer la qualité du concentré.La purification chimique peut obtenir du graphite à haute teneur en carbone d'une teneur de 99 %.Il existe de nombreuses méthodes de purification chimique, et la méthode la plus largement utilisée en Chine est la méthode de fusion à haute température de l'hydroxyde de sodium.

Le principe de base est de faire réagir les impuretés du graphite (principalement des minéraux silicatés) avec la soude caustique, c'est-à-dire NaOH, dans des conditions de température supérieure à 500°C pour générer des réactifs solubles dans l'eau, qui peuvent être éliminés par lessivage des réactifs avec de l'eau. .Les impuretés, une autre partie des impuretés, telles que les oxydes de fer, sont neutralisées avec du HCl après fusion alcaline pour former du chlorure ferrique avec de l'eau sous-soluble, qui peut être éliminé par lavage à l'eau.
Dans le processus ci-dessus, la concentration de NaOH est d'environ 50 % et il est mélangé avec du graphite dans un rapport de 1 : 0,8, c'est-à-dire qu'environ 0,4 tonne de NaOH sont consommées pour produire 1 tonne de graphite à haute teneur en carbone.La quantité de HCl ajoutée est d'environ 30 % de celle du graphite.Le charbon utilisé comme combustible représente environ 0,6 à 0,7 t.L'équipement utilisé dans la méthode de fusion alcaline comprend principalement des mélangeurs à ancre, des fours de fusion, des mélangeurs à hélice, des cuves de lavage en forme de V, etc. Le taux de récupération est de 85 à 90 %.Bien que ce procédé soit plus avancé, il présente également les inconvénients d'une consommation d'eau importante, d'une perte de graphite élevée, d'une faible productivité, d'une consommation importante d'alcalis et d'une pollution de l'environnement par les déchets liquides rejetés.
Afin de résoudre ou d'améliorer les déficiences mentionnées ci-dessus, le Centre d'essais de roches et de minéraux du Département provincial de géologie et de ressources minérales du Henan a développé un nouveau procédé de purification du graphite à haute teneur en carbone, en remplaçant le réservoir de lavage en forme de V par un lavage centrifuge. , et recycler le liquide résiduaire après traitement.L'adoption de cette nouvelle technologie peut réduire le coût des matériaux d'environ 50 %, économiser de l'eau d'environ 50 %, augmenter le rendement d'environ 10 % et réduire la pollution des déchets liquides pour l'environnement.La teneur en carbone fixe du graphite est supérieure à 99 % et le taux de récupération atteint 92,8 %.

2. La purification physique est une purification à haute température.En utilisant la résistance à haute température du graphite, placez-le dans un four électrique et chauffez-le à 2500°C sans air pour volatiliser les cendres (c'est-à-dire les impuretés), améliorant ainsi la qualité du concentré.La purification à haute température peut obtenir du graphite de haute pureté avec une teneur de 99,9 %.

Le graphène est un nouveau matériau doté d'une structure en feuille monocouche composée d'atomes de carbone.Il s'agit d'un film plan composé d'atomes de carbone avec des orbitales hybrides sp2 formant un réseau hexagonal en nid d'abeille et d'un matériau bidimensionnel d'une épaisseur d'un seul atome de carbone.Le graphène a toujours été considéré comme une structure hypothétique et ne peut exister seul de manière stable.Jusqu'en 2004, les physiciens Andre Geim et Konstantin Novoselov de l'Université de Manchester au Royaume-Uni ont réussi à expérimenter à partir du graphite. Le graphène a été isolé de l'expérience et il a été confirmé qu'il peut exister seul.Les deux hommes ont également remporté le prix Nobel de physique 2010 pour leurs « expériences pionnières sur les matériaux graphène bidimensionnels ».

Le graphène est le nanomatériau le plus fin mais aussi le plus dur au monde.Il est presque totalement transparent et n’absorbe que 2,3 % de la lumière.La mobilité électronique* dépasse 15 000 cm²/V·s, ce qui est supérieur à celui des nanotubes de carbone ou des cristaux de silicium*, tandis que la résistivité n'est que d'environ 10 à 6 Ω·cm, inférieure à celle du cuivre ou de l'argent, qui sont le matériau ayant la plus faible résistivité dans le monde. monde.En raison de sa résistivité extrêmement faible et de sa migration électronique extrêmement rapide, il devrait être utilisé pour développer une nouvelle génération de composants électroniques ou de transistors plus minces et conduisant l’électricité plus rapidement.Le graphène étant essentiellement un conducteur transparent et bon, il convient également à la fabrication d’écrans tactiles transparents, de panneaux lumineux et même de cellules solaires.

Une autre caractéristique du graphène est la capacité d’observer l’effet Hall quantique à température ambiante.

La disposition des atomes de carbone dans le graphène est similaire à celle du graphite dans une seule couche atomique. Il s'agit d'un cristal bidimensionnel monocouche dans lequel les atomes de carbone sont disposés dans un réseau cristallin en nid d'abeille avec des orbitales mixtes sp2.Le graphène peut être imaginé comme un réseau d’atomes de carbone de taille atomique et de leurs liaisons covalentes.Le nom de graphène vient de l'anglais graphite (graphite) + -ene (ene end).Le graphène est considéré comme un cristal plan d’atomes d’hydrocarbures aromatiques polycycliques.

La structure du graphène est très stable, la liaison carbone-carbone (liaison carbone-carbone) n'est que de 1,42 Å.La connexion entre les atomes de carbone à l’intérieur du graphène est très flexible.Lorsqu'une force externe est appliquée au graphène, la surface des atomes de carbone se plie et se déforme, de sorte que les atomes de carbone n'ont pas besoin d'être réorganisés pour s'adapter à la force externe, maintenant ainsi la stabilité de la structure.Cette structure de réseau stable confère au graphène une excellente conductivité thermique.

Le graphène est l’élément constitutif des allotropes de carbone suivants : graphite, charbon de bois, nanotubes de carbone et fullerènes.Le graphène parfait est bidimensionnel et ne comprend que des hexagones (hexagones à angles égaux) ;s'il y a des pentagones et des heptagones, ils constitueront les défauts du graphène.Douze graphènes pentagonaux formeront ensemble des fullerènes.

Le graphène roulé sous une forme cylindrique peut être utilisé comme nanotubes de carbone ;en outre, le graphène est également transformé en transistor balistique (transistor balistique) et a suscité l'intérêt d'un grand nombre de scientifiques.En mars 2006, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont annoncé qu'ils avaient réussi à fabriquer un transistor à effet de champ planaire en graphène, à observer l'effet d'interférence quantique et, sur la base de ce résultat, à développer un circuit à base de graphène.

L’avènement du graphène a provoqué un boom de la recherche partout dans le monde.C'est le matériau connu le plus fin, le matériau est très résistant et dur et, à température ambiante, il peut transférer des électrons plus rapidement que les conducteurs connus.La structure du graphène à l’échelle atomique est si particulière qu’elle ne peut être décrite que par la théorie quantique des champs.

Le graphène est un cristal bidimensionnel.Le graphite commun est formé par l’empilement de couches d’atomes de carbone plans disposés en nid d’abeilles.La force intercouche du graphite est faible et il est facile de se décoller pour former une fine couche.flocons de graphite.Lorsque la feuille de graphite est décollée en une seule couche, cette seule couche d’une épaisseur d’un seul atome de carbone est le graphène.Caractéristiques:
Premièrement : le graphène est le matériau le plus résistant au monde.Selon les calculs, si le graphène est utilisé pour fabriquer un film d'une épaisseur équivalente à l'épaisseur d'un sac d'emballage en plastique alimentaire ordinaire (l'épaisseur est d'environ 100 nanomètres), il pourra alors supporter environ deux tonnes d'objets lourds.pression sans rupture ;
Deuxièmement : le graphène est le matériau le plus conducteur au monde.

Le graphène a un large éventail d'applications.Selon les caractéristiques ultra-minces et ultra-résistantes du graphène, le graphène peut être largement utilisé dans divers domaines, tels que les gilets pare-balles ultra-légers, les matériaux aéronautiques ultra-minces et ultra-légers, etc. Selon son excellente conductivité, il présente également un grand potentiel d’application dans le domaine de la microélectronique.Le graphène pourrait remplacer le silicium, en produisant des transistors ultra-miniatures, utilisés pour produire les futurs supercalculateurs, et la plus grande mobilité électronique du carbone pourrait permettre aux futurs ordinateurs d'atteindre des vitesses plus élevées.De plus, le graphène est également un excellent modificateur.Dans les nouveaux domaines énergétiques tels que les supercondensateurs et les batteries lithium-ion, il peut être utilisé comme additif de matériau d’électrode en raison de sa conductivité élevée et de sa surface spécifique élevée.

Il y a encore beaucoup de place à étudier pour le graphite...

Le graphite et ses produits ont les propriétés de résistance aux températures élevées et de haute résistance.Ils sont principalement utilisés pour fabriquer des creusets en graphite dans l’industrie métallurgique.Dans la sidérurgie, le graphite est souvent utilisé comme agent protecteur pour les lingots d'acier et comme revêtement pour les fours métallurgiques.

En tant que fière filiale du groupe LT, LT Graphite possède quatre bases de production situées au centre de la Chine, dans la province du Henan, et une succursale de production dans la province du Sichuan.

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