Is grafiet magneties?

Grafiet is bevestig dat dit nie-magneties is by kamertemperatuur, aangesien dit koolstofatome bevat wat in lae gerangskik is.

Ten spyte hiervan het grafiet verskeie interessante eienskappe, insluitend sy elektriese geleidingsvermoë, soortgelyk aan magnetiese materiale.

Grafiet vs. Diamagnetisme

Struktuur vir grafiet
Struktuur vir grafiet

Materiale wat geneig is om 'n eksterne magnetiese veld af te stoot, word diamagneties genoem. Die afstoting kom van die beweging van elektrone in materiaal wat veroorsaak word deur 'n veld, wat hul eie klein opponerende magnetiese veld formuleer. diamagnetisme is nie 'n eiendom wat slegs deur grafiet uitgestal word nie.

grafiet is 'n allotropiese vorm van koolstof met 'n gelaagde struktuur. As gevolg van die struktuur van sy elektrone gedra grafiet hom soos diamagnetiese materiale.

Die unieke gelaagde struktuur en swak tussenlaagbinding speel 'n deurslaggewende rol om die algehele magnetiese reaksie van die materiaal te beïnvloed.

Diamagnetiese materiale
Diamagnetiese materiale

Faktore wat grafietmagnetisme beïnvloed

Tussenlaagkoppeling (Heksagonale roosterstruktuur)

Die individuele grafeenlae in grafiet is effens diamagneties. Jy sal besef dat daar 'n effense afstoting van magnetiese velde is. Hoe hierdie lae gestapel word, is egter van kritieke belang.

Die lae word saamgebind deur swak van der Waals-kragte, en hul relatiewe oriëntasie en spasiëring kan hul onderlinge magnetiese interaksie beïnvloed.

Onsuiwerhede (Doping en defekte)

Die elektroniese struktuur van grafeen en sy magnetiese eienskappe kan verander word deur atome (doteermiddels) in te voer of strukturele defekte te skep.

Deur een of meer koolstofatome met elemente soos boor of stikstof te vervang, bevat die stelsel ongepaarde elektrone.

Dit maak dit vatbaar vir ferromagnetisme (waar al sy magnetiese momente in 'n enkele rigting georiënteer is).

 Eksterne magnetiese veld

Dit blyk dat selfs suiwer grafiet, sonder enige doteermiddels of defekte, veroorsaak kan word om 'n magneet te word deur 'n eksterne magneetveld toe te pas. Wanneer een laag in elke element bestaan, kan veldbelyning boorlae oriënteer en 'n netto makroskopiese magnetisering skep.

Temperatuurvariasies

Die magnetisme van grafiet word grootliks deur temperatuur beïnvloed. Temperatuur veroorsaak veranderinge in die kinetiese energie van sy elektrone.

Terselfdertyd verander dit hul mobiliteit, wat 'n verandering in magnetiese eienskappe tot gevolg het. Die invloed van temperatuur help om die aard en veranderlikheid van grafietmagnetisme te verduidelik.

Struktuur van grafiet en impak op magnetisme

Heuningkoek Lae

Die grafeenlae is soos heuningkoeke, met koolstofatome in 'n stywe sp2 hibriede struktuur en vorm sterk bindings binne elke laag.

Hierdie bindings maak grafiet 'n goeie geleier en beperk die beweging van elektrone oor vlakke loodreg op hul rigting. Hierdie beperkte beweging is 'n sleutelfaktor om te verhoed dat lae te sterk magneties in wisselwerking tree.

Swak binding tussen lae

Lae grafeen stapel bo-op mekaar, gebind deur swak van der Waals-interaksies. Omdat die sp2-bindings in die vlak baie sterker is as hierdie tussenlaagkragte, is daar baie min elektroniese interaksie tussen lae.

Hierdie swak koppeling laat elke laag sy basiese diamagnetisme, 'n effense weerstand teen magnetiese velde, behou. Tog sal hierdie lae se relatiewe posisionering hul algehele magnetiese reaksie beïnvloed.

Stapelorde en magnetisme

Hierdie tussenlaag magnetiese interaksie hang af van die stapelvolgorde van lae in grafeenstapels.

Wanneer twee lae op Bernal-stapeling teenoorgestelde georiënteerde diamagnetisme vertoon, is die effek antiferromagneties (die totale magnetisering kanselleer uit).

Die dans kan verander word met ander moontlike stapelpatrone, wat lei tot swak ferromagnetisme of eksotiese magnetiese verskynsels as gevolg van klein veranderinge wat elektrondelokalisering tussen lae beïnvloed.

Randeffekte en defekte

Uiteindelik laat die rande van grafeenvelle hangende bindings, wat plaaslike magnetiese momente voortbring. Dit kan dan interaksie hê met die swak diamagnetisme van die grootmaat en daardeur algehele magnetiese gedrag beïnvloed.

Soms kan jy vreemde atome, soos boor of stikstof, byvoeg, wat ongepaarde elektrone bring wat bydra tot sterker ferromagnetisme.

Struktuur vir grafiet
Struktuur vir grafiet

Ander tipes koolstof en hul magnetiese eienskappe

Diamond

Gemaak van 'n tetraëdriese rooster, wat dit sy voorkoms gee, maak hierdie wonderlike kenmerk dit diamagneties.

Omdat elke koolstof eweredig met al vier bure bind, is die elektrone gepaard en daar is geen netto magnetiese moment nie.

Tog kan stikstof onsuiwerhede of ander oppervlak onreëlmatighede ongepaarde elektrone verlaat, wat die ferromagnetisme verswak.

fullerene

Soos die bekende bokballetjies, vertoon hierdie sferiese of silindriese koolstofhokke eweneens diamagnetisme.

Daarbenewens produseer hul geslote-dop elektroniese struktuur min ongepaarde elektrone. Maar deur magnetiese atome te gebruik om te doteer of deur 'n magneties bewegende molekule te heg, kan deure vir nuwe nanomagnete oopgemaak word.

Koolstof nanobuise

Hierdie eendimensionele wonders toon verskillende tipes magnetiese gedrag onder die invloed van variasies in chiraliteit en deursnee.

Die metaal nanobuise is diamagneties, maar die halfgeleiders kan paramagneties wees as hulle ongepaarde elektrone in hul bandstruktuur het.

Die byvoeging van defekte of onsuiwerhede kan ferromagnetisme of antiferromagnetisme veroorsaak, wat hulle uitstekende kandidate vir spintronika maak.

Amorfe koolstof

In hierdie wanordelike vorm, wat roet en houtskool bevat, word die elektronstruktuur ewekansig en gedelokaliseer; daar is min of geen diamagnetisme nie.

As onsuiwerhede of defekte teenwoordig is, stel dit gelokaliseerde magnetiese momente in wat veroorsaak dat hierdie materiale baie komplekse gedrag het.

grafeen

Alhoewel hulle net so soortgelyk aan grafiet is, het onafhanklik gevormde grafeenplate ongewone kwantummagnetisme.

Dit is as gevolg van hul tweedimensionele en verhoogde elektron-elektron-interaksies. Dit baan nuwe maniere om eksotiese magnetisme op atoomvlak na te vors.

Gevolgtrekking

Dit is net 'n blik op die boeiende wêreld van koolstofmagnetisme. Met voortdurende navorsing en verkenning kan ons fassinerende magnetiese geheime ontdek.

Dateer koekiesvoorkeure op
Scroll na bo