I. Caratteristiche della struttura cristallina
Struttura stratificata: la struttura cristallina del coke di petrolio grafitizzato è costituita da reticoli planari di atomi di carbonio esagonali. Questi reticoli planari sono impilati strato su strato, formando una tipica struttura stratificata. Gli strati sono collegati da forze di van der Waals relativamente deboli, che conferiscono alla grafite proprietà lubrificanti e anisotrope.
Costanti reticolari: Dopo il trattamento di grafitizzazione, le costanti reticolari (a₀ e c₀) del coke di petrolio si avvicinano a quelle della grafite naturale, indicando un elevato grado di somiglianza nelle loro strutture cristalline. Questa caratteristica strutturale consente al coke di petrolio grafitizzato di esibire un'eccellente conduttività elettrica e termica.
Parametri microcristallini: Utilizzando la diffrazione a raggi X, è possibile calcolare parametri quali la distanza interstrato (d₀₀₂), il diametro medio dello strato (Lₐ) e l'altezza di impilamento (Lc) dei microcristalli nel coke di petrolio grafitizzato. Questi parametri riflettono le dimensioni e la disposizione dei microcristalli e fungono da importanti indicatori per valutare il grado di grafitizzazione.
II. Effetti del processo di grafitizzazione
Transizione dallo stato amorfo a quello cristallino: Prima della grafitizzazione, la struttura del carbonio del coke di petrolio è amorfa, caratterizzata da una struttura del materiale "disordinata a lungo raggio, ordinata a corto raggio". Attraverso il trattamento di grafitizzazione (tipicamente effettuato ad alte temperature comprese tra 2500 °C e 3000 °C), il carbonio amorfo si trasforma gradualmente in una struttura cristallina tridimensionale ordinata di grafite.
Aumento delle dimensioni dei microcristalli: Durante la grafitizzazione, lo spessore medio (Lc) e la larghezza (Lₐ) delle lamelle del reticolo di carbonio aumentano, mentre la distanza interstrato (d) diminuisce. Ciò si traduce in un aumento delle dimensioni dei microcristalli e in una struttura cristallina più perfetta.
Riduzione della resistività: all'aumentare del grado di grafitizzazione, la resistività del coke di petrolio grafitizzato diminuisce significativamente. Questo perché, durante la grafitizzazione, la disposizione degli atomi di carbonio diventa più ordinata, consentendo agli elettroni di muoversi più liberamente all'interno dei piani degli strati, migliorando così la conduttività elettrica.
III. Relazione tra microstruttura e proprietà
Conduttività elettrica: la struttura cristallina stratificata del coke di petrolio grafitizzato consente agli elettroni di muoversi liberamente all'interno dei piani degli strati, determinando un'eccellente conduttività elettrica. Questa proprietà rende il coke di petrolio grafitizzato ampiamente utilizzabile in settori quali i materiali per elettrodi e gli additivi conduttivi.
Conducibilità termica: grazie alle forze di van der Waals che collegano gli strati, il calore può essere trasferito rapidamente all'interno dei piani degli strati. Di conseguenza, il coke di petrolio grafitizzato presenta anche una buona conducibilità termica, il che lo rende adatto alla produzione di materiali per la dissipazione del calore e ad altre applicazioni.
Proprietà meccaniche: La struttura cristallina del coke di petrolio grafitizzato gli conferisce una certa resistenza meccanica. Tuttavia, rispetto ai materiali metallici, la sua struttura stratificata determina un legame interstrato più debole, con conseguenti valori di resistenza alla flessione e alla compressione relativamente inferiori. Questa caratteristica prestazionale conferisce al coke di petrolio grafitizzato un vantaggio applicativo in situazioni in cui è necessario resistere a determinate pressioni, ma non è richiesta un'elevata resistenza meccanica.
Data di pubblicazione: 28 agosto 2025