I. Características da estrutura cristalina
Estrutura em camadas: A estrutura cristalina do coque de petróleo grafitizado consiste em redes planares de átomos de carbono hexagonais. Essas redes planares são empilhadas camada por camada, formando uma estrutura em camadas típica. As camadas são conectadas por forças de van der Waals relativamente fracas, que conferem ao grafite lubricidade e anisotropia.
Constantes de rede: Após o tratamento de grafitização, as constantes de rede (a₀ e c₀) do coque de petróleo aproximam-se das do grafite natural, indicando um alto grau de similaridade em suas estruturas cristalinas. Essa característica estrutural permite que o coque de petróleo grafitizado apresente excelente condutividade elétrica e térmica.
Parâmetros microcristalinos: Utilizando difração de raios X, parâmetros como o espaçamento interplanar (d₀₀₂), o diâmetro médio da camada (Lₐ) e a altura de empilhamento (Lc) dos microcristais no coque de petróleo grafitizado podem ser calculados. Esses parâmetros refletem o tamanho e o arranjo dos microcristais e servem como importantes indicadores para avaliar o grau de grafitização.
II. Efeitos do Processo de Grafitização
Transição do estado amorfo para o cristalino: Antes da grafitização, a estrutura de carbono do coque de petróleo é amorfa, caracterizada por uma estrutura de material "desordenada em longo alcance e ordenada em curto alcance". Através do tratamento de grafitização (tipicamente realizado em altas temperaturas, variando de 2500 °C a 3000 °C), o carbono amorfo se transforma gradualmente em uma estrutura cristalina de grafite tridimensional ordenada.
Aumento no tamanho dos microcristalitos: Durante a grafitização, a espessura média (Lc) e a largura (Lₐ) das lamelas de carbono aumentam, enquanto o espaçamento interplanar (d) diminui. Isso resulta em um aumento no tamanho dos microcristalitos e em uma estrutura cristalina mais perfeita.
Redução da resistividade: À medida que o grau de grafitização aumenta, a resistividade do coque de petróleo grafitizado diminui significativamente. Isso ocorre porque, durante a grafitização, o arranjo dos átomos de carbono torna-se mais ordenado, permitindo que os elétrons se movam mais livremente dentro dos planos das camadas, aumentando assim a condutividade elétrica.
III. Relação entre microestrutura e propriedades
Condutividade elétrica: A estrutura cristalina em camadas do coque de petróleo grafitizado permite que os elétrons se movam livremente entre os planos das camadas, resultando em excelente condutividade elétrica. Essa propriedade torna o coque de petróleo grafitizado amplamente aplicável em áreas como materiais de eletrodo e aditivos condutores.
Condutividade térmica: Devido às forças de van der Waals que conectam as camadas, o calor pode ser transferido rapidamente entre os planos das camadas. Consequentemente, o coque de petróleo grafitizado também apresenta boa condutividade térmica, tornando-o adequado para a fabricação de materiais de dissipação de calor e outras aplicações.
Propriedades Mecânicas: A estrutura cristalina do coque de petróleo grafitizado confere-lhe certa resistência mecânica. No entanto, em comparação com materiais metálicos, sua estrutura em camadas resulta em ligações intercamadas mais fracas, levando a resistências à flexão e à compressão relativamente menores. Essa característica de desempenho confere ao coque de petróleo grafitizado uma vantagem de aplicação em cenários onde ele precisa suportar certas pressões, mas não exige alta resistência mecânica.
Data da publicação: 28/08/2025