흑연

각기 다른 유형의 광석 매장지에서 발생하는 천연 흑연의 주요 유형은 다음과 같습니다.

그래파이트 (또는 플레이크 그래파이트)의 결정질 작은 플레이크는 파손되지 않은 경우 육각형 모서리가있는 분리 된 편평한 판형 입자로 발생합니다. 부러지면 모서리가 불규칙하거나 각질 수 있습니다.

비정질 흑연 : 매우 미세한 플레이크 흑연을 때때로 비정질이라고합니다.

덩어리 흑연 (또는 정맥 흑연)은 균열 정맥 또는 골절에서 발생하며 섬유질 또는 침상 결정 응집체의 거대한 판상 내부 성장으로 나타나며 아마도 열수 기원 일 것입니다.

고도로 정렬 된 열분해 흑연은 흑연 시트 사이의 각도가 1 ° 미만인 흑연을 말합니다.

"흑연 섬유"라는 이름은 때때로 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 강화 폴리머를 가리키는 데 사용됩니다.

그래파이트의 음향 및 열적 특성은 포논이 단단히 묶인 평면을 따라 빠르게 전파되지만 한 평면에서 다른 평면으로 이동하는 속도가 느리기 때문에 매우 이방성입니다. Graphite의 높은 열 안정성과 전기 및 열 전도성은 고온 재료 가공 응용 분야에서 전극 및 내화물로 널리 사용되도록합니다. 그러나 산소 함유 대기에서 흑연은 700 ° C 이상의 온도에서 쉽게 산화되어 이산화탄소를 형성합니다. 흑연은 전기 전도체이므로 아크 램프 전극과 같은 응용 분야에 유용합니다. 그것은 탄소 층 내의 방대한 전자 비편 재화로 인해 전기를 전도 할 수 있습니다 (방향성이라고하는 현상). 이 원자가 전자는 자유롭게 움직이므로 전기를 전도 할 수 있습니다. 그러나 전기는 주로 층의 평면 내에서 전도됩니다. 분말 흑연의 전도성 특성으로 인해 탄소 마이크의 압력 센서로 사용할 수 있습니다. 흑연 및 흑연 분말은 자체 윤활 및 건식 윤활 특성으로 인해 산업 분야에서 가치가 있습니다. 흑연의 윤활 특성은 전적으로 구조의 시트 사이의 느슨한 층간 결합 때문이라는 일반적인 믿음이 있습니다. 그러나 진공 환경 (예 : 우주에서 사용하는 기술)에서 흑연은 저산소 상태로 인해 윤활유로 분해되는 것으로 나타났습니다. 이 관찰은 윤활이 환경으로부터 자연적으로 흡수되는 공기와 물과 같은 층 사이의 유체의 존재 때문이라는 가설을 이끌어 냈습니다. 이 가설은 공기와 물이 흡수되지 않는다는 연구에 의해 반박되었습니다. 최근 연구에 따르면 초 윤활성이라는 효과가 흑연의 윤활 특성을 설명 할 수도 있습니다. 흑연의 사용은 일부 스테인리스 강에서 공식 부식을 촉진하고 이종 금속 사이의 갈바닉 부식을 촉진하는 경향에 의해 제한됩니다 (전기 전도성으로 인해). 또한 습기가 있으면 알루미늄을 부식시킵니다. 이러한 이유로 미 공군은 알루미늄 항공기에서 윤활유로 사용을 금지하고 알루미늄 함유 자동 무기에 사용하는 것을 자제했습니다. 알루미늄 부품의 흑연 연필 자국조차도 부식을 촉진 할 수 있습니다. 또 다른 고온 윤활제 인 육각형 질화 붕소는 흑연과 분자 구조가 동일합니다. 유사한 특성으로 인해 때때로 백색 흑연이라고도합니다. 많은 결정 학적 결함이이 평면을 결합하면 흑연은 윤활 특성을 잃고 열분해 흑연이됩니다. 또한 매우 이방성이며 반자성이므로 강한 자석 위의 공중에 떠 있습니다. 1000–1300 ° C의 유동층에서 만들어지면 등방성 터보 스 트래 틱이고 기계식 심장 판막과 같은 혈액 접촉 장치에 사용되며 열분해 탄소라고하며 반자성이 아닙니다. 열분해 흑연과 열분해 탄소는 종종 혼동되지만 매우 다른 재료입니다. 천연 및 결정질 흑연은 전 단면, 취성 및 일관되지 않은 기계적 특성으로 인해 구조 재료로 순수한 형태로 자주 사용되지 않습니다.

Graphite 은 변성 과정에서 퇴적 탄소 화합물의 감소로 인해 변성암에서 발생합니다. 화성암과 운석에서도 발생합니다. 흑연과 관련된 미네랄에는 석영, 방해석, 마이카 및 전기석이 포함됩니다. 채굴 된 흑연의 주요 수출 원은 톤수 순으로 중국, 멕시코, 캐나다, 브라질, 마다가스카르입니다. 운석에서 흑연은 트로 일 라이트 및 규산염 광물과 함께 발생합니다. 유성철의 작은 흑연 결정을 클리프 토 나이트라고합니다. 일부 미세한 입자는 독특한 동위 원소 구성을 가지고있어 태양계 이전에 형성되었음을 나타냅니다. 그들은 태양계 이전에 알려진 약 12 종류의 광물 중 하나이며 분자 구름에서도 발견되었습니다. 이 광물은 초신성이 폭발하거나 중소형 별이 생애 후반에 바깥 쪽 외피를 쫓아 낼 때 분출물에서 형성되었습니다. 흑연은 우주에서 두 번째 또는 세 번째로 오래된 광물 일 수 있습니다.

고체 탄소는 화학 결합의 유형에 따라 동소체로 알려진 다양한 형태로 제공됩니다. 가장 흔한 두 가지는 다이아몬드와 흑연입니다 (덜 일반적인 것에는 벅 민스터 풀러렌이 포함됩니다). 다이아몬드에서 결합은 sp이고 원자는 4 개의 가장 가까운 이웃에 각각 결합 된 사면체를 형성합니다. 흑연에서 그들은 sp 궤도 하이브리드이며 원자는 각각 120도 떨어진 세 개의 가장 가까운 이웃에 결합되어 평면에서 형성됩니다. 개별 레이어를 그래 핀이라고합니다. 각 층에서 탄소 원자는 결합 길이가 0.142nm 인 허니컴 격자로 배열되고 평면 사이의 거리는 0.335nm입니다. 평면의 원자는 공유 결합되어 4 개의 잠재적 결합 부위 중 3 개만 충족됩니다. 네 번째 전자는 평면에서 자유롭게 이동하여 흑연을 전기 전도성으로 만듭니다. 층 사이의 결합은 약한 van der Waals 결합을 통해 이루어지며, 그래파이트 층을 쉽게 분리하거나 서로 지나갈 수 있습니다. 따라서 층에 수직 인 전기 전도도는 약 1000 배 더 낮습니다.

기원전 4 천년, 남동부 유럽의 신석기 시대에 Marița 문화는 도자기 장식을 위해 세라믹 페인트에 흑연을 사용했습니다. 1565 년 이전에 (일부 소식통은 1500 년에 이르렀다 고합니다.) 영국 컴 브리아의 보로 데일 교구에있는 시트 웨이이 트 (Seathwaite) 마을에서 그레이 노츠 (Gray Knotts)로 접근하는 과정에서 엄청난 양의 흑연이 발견되었습니다. 엘리자베스 1 세 (1558 ~ 1603)의 통치 기간 동안, 보로 데일 흑연은 포탄의 주형에 내화 재료로 사용되어 더 멀리 발사 될 수있는 더 둥글고 매끄러운 공을 만들어 영국 해군의 힘에 기여했습니다. 이 특별한 흑연 침전물은 매우 순수하고 부드러 웠으며 쉽게 막대기로자를 수있었습니다. 군사적 중요성 때문에이 독특한 광산과 생산은 왕관에 의해 엄격하게 통제되었습니다. 19 세기 동안 흑연의 용도는 대중을위한 최초의 대대적 인 교육 상승 기간 동안 교육 도구 확장의 주요 요인 인 스토브 광택제, 윤활제, 페인트, 도가니, 주조 외장재 및 연필을 포함하도록 크게 확장되었습니다. 대영 제국은 세계 생산의 대부분을 통제했지만 (특히 실론에서) 오스트리아, 독일 및 미국 매장지의 생산은 세기 중반까지 확대되었습니다. 예를 들어, 1845 년 Joseph Dixon과 파트너 Orestes Cleveland가 설립 한 뉴저지 저지 시티의 Dixon Crucible Company는 뉴욕의 Ticonderoga 호수 지역에 광산을 열고 그곳에 가공 공장을 세웠으며 연필, 도가니를 제조하는 공장을 세웠습니다. 1878 년 12 월 21 일 Engineering & Mining Journal에 설명 된 뉴저지의 기타 제품. Dixon 연필은 아직 생산 중입니다. 혁신적인 거품 부양 공정의 시작은 흑연 채굴과 관련이 있습니다. Dixon Crucible Company의 E & MJ 기사에는 오래된 흑연 추출 공정에 사용 된 "부유 탱크"스케치가 포함되어 있습니다. 흑연은 매우 가볍기 때문에 흑연과 폐기물의 혼합물이 마지막 일련의 물 탱크를 통해 보내 져서 깨끗한 흑연이“부유”하여 폐기물이 버려졌습니다. 1877 년 특허에서 독일 드레스덴의 두 형제 Bessel (Adolph 및 August)은이 "부유"공정을 한 단계 더 발전시키고 탱크에 소량의 오일을 추가하고 혼합물을 끓여서 교반 또는 거품을 일으켰습니다. 미래 부양 과정을 향한 첫 번째 단계 인 흑연을 수집합니다. Adolph Bessel은 독일 매장지에서 흑연 회수율을 90 %로 업그레이드 한 특허 프로세스로 Wohler 메달을 받았습니다. 1977 년 독일 광업 공학자 및 야금 학자 협회는 그들의 발견과 부양 100 주년을 기념하는 특별 심포지엄을 조직했습니다. 미국에서는 1885 년 필라델피아의 Hezekiah Bradford가 유사한 공정에 대한 특허를 받았지만 1890 년대에 주요 생산 업체 인 펜실베이니아 주 체스터 카운티의 인근 흑연 매장지에서 그의 공정이 성공적으로 사용되었는지 여부는 불확실합니다. Bessel 공정은 주로 전 세계에서 발견되는 풍부한 청정 침전물로 인해 사용이 제한되었습니다. 순수한 흑연을 수집하기 위해 손으로 분류하는 것 이상이 필요하지 않았습니다. 최첨단, ca. 1900 년은 캐나다 광산과 광산에 대한 캐나다 광산 부 보고서에 설명되어 있는데, 캐나다 광상이 흑연의 중요한 생산자가되기 시작했을 때입니다.

역사적으로 흑연은 검은 납 또는 플럼 바고라고 불 렸습니다. Plumbago는 일반적으로 거대한 광물 형태로 사용되었습니다. 이 두 이름은 비슷하게 보이는 납 광석, 특히 방연광과의 혼동에서 비롯됩니다. 납에 대한 라틴어 인 plumbum은이 회색 금속성 광물에 대한 영어 용어와이 색을 닮은 꽃이있는 식물 인 leadworts 또는 plumbagos에도 그 이름을 붙였습니다.

블랙 리드라는 용어는 일반적으로 분말 또는 가공 된 흑연, 무광택 검정색을 나타냅니다.

Abraham Gottlob Werner는 1789 년에 graphite ( "writing stone")라는 이름을 만들었습니다. 그는 1778 년 Carl Wilhelm Scheele이 적어도 세 가지 다른 광물이 있음을 증명 한 후 몰 리브 데나, 플럼 바고, 검은 납 사이의 혼동을 없애려고했습니다. Scheele의 분석에 따르면 화합물 몰리브덴 황화물 (몰 리브 데 나이트), 납 (II) 황화물 (방연광) 및 흑연은 세 가지 다른 연한 흑색 광물이었습니다.

흑연 지팡이의 우수한 성분인 고에너지석. 종종 "개인의 자유의 돌"이라고 불리는 이 돌은 개인의 성장에 필요한 삶의 변화를 만드는 데 도움이 된다고 믿어집니다. 쓰기 능력을 향상시키고 수학 방정식에 대한 더 나은 이해를 제공하는 것으로 생각됩니다. 인지적 사고 능력을 자극하고 사용자가 더 많은 학습을 하도록 격려하고 의사 소통을 개선하는 데 도움이 됩니다.