Получение и применение кристаллического графита в электронной технике презентация

университет
имени Гагарина Ю.А.»

Курсовая работа
по дисциплине: «Специальные главы электротехнологии»
на тему:

«Получение и применение кристаллического графита в электронной технике»

Выполнил: магистрант группы М2ЭЛЭТ11
Федин Д. С.
Проверил: доцент каф.АЭУ
Яфаров Р.К.

его использовали для нанесения татуировок. В Египте около 4500 лет назад графит применяли в качестве украшений и пигмента для раскрашивания керамики. Графитовые карандаши впервые появляются в XII веке на Востоке [8]. В Европе лишь в Эпоху Возрождения, с расцветом в Италии изобразительного искусства, графит нашел всем известное применение в человеческой деятельности. Первое европейское промышленно разработанное в XV веке месторождение «черного мела» (карандаш), находилось, в итальянской провинции Пьемонт. Пишущие стержни из графита тут же приобрели в Европе чрезвычайную популярность, но… сразу же вздорожали, поскольку пьемонтское месторождение быстро исчерпалось. Та же судьба постигла найденные вскоре залежи графита в Андалузии и Тюрингии. И только в XVI веке в Англии было, наконец, открыто крупное месторождение «черного мела». Изготовляя карандаши, англичане оправляли графитовый стержень не только в дерево, но и золото, украшали различными орнаментами. Такие карандаши представляли собой настоящее произведение искусства и стоили очень дорого. Само название "графит", происходящее от греческого слова, означающего "писать", предложено А.Вернером в 1789. В 1779 Карл Шееле установил, что графит можно окислить воздухом с образованием углекислого газа и сделал вывод, что графит представляет собой “особый минеральный уголь”

параллельных слоев (базисных плоскостей), образованных правильными шестиугольниками из атомов С. Углеродные атомы каждого слоя расположены против центров шестиугольников, находящихся в соседних слоях (нижнем и верхнем); положение слоев повторяется через один, а каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм. В ромбоэдрической решетке положение плоских слоев повторяется не через один слой, как в гексагональной, а через два. В природном графите содержание ромбоэдрической структуры доходит до 30%, в искусственно полученных графит наблюдается только гексагональная. При 2230-3030°С ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный.

высокой температуре в вулканических и магматических горных породах, в пегматитах и скарнах. Встречается в кварцевых жилах с вольфрамитом и др. минералами в среднетемпературных гидротермальных полиметаллических месторождениях. Широко распространён в метаморфических породах — кристаллических сланцах, гнейсах, мраморах. Крупные залежи образуются в результате пиролиза каменного угля под воздействием траппов на каменноугольные отложения (Тунгусский бассейн). Акцессорный минерал метеоритов. С помощью ионной масс-спектрометрии российским учёным удалось обнаружить в составе графита золото, серебро и платиноиды (платина, палладий, иридий, осмий и проч.) в форме металлоорганических нанокластеров.

Искусственный графит получают разными способами:

Ачесоновский графит: нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C;.
Рекристаллизованный графит: термомеханической обработкой смеси, содержащей кокс, пек, природный графит и карбидообразующие элементы.
Пирографит: пиролизом из газообразных углеводородов при температуре 1400—1500 °C в вакууме с последующим нагреванием образовавшегося пироуглерода до температуры 2500—3000 °C при давлении 50 МПа (образовавшийся продукт — пирографит; в электротехнической промышленности применяется наименование «электрографит»).
Доменный графит: выделяется при медленном охлаждении больших масс чугуна.
Карбидный графит: образуется при термическом разложении карбидов.

к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причем положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит. Электрическая проводимость графита в направлении плоскостей объясняется тем, что между плоскостями расположены четвертые валентные электроны каждого атома, которые ведут себя как электроны металла. Как известно, графит, в отличие от алмаза, весьма хрупкий материал, и даже при небольших нагрузках начинает расслаиваться на отдельные чешуйки. Причиной тому является очень слабая межмолекулярная связь между атомами углерода, расположенными в соседних плоскостях (её ещё называют ван-дер-ваальсовой – по имени ученого, открывшего её).

Электрическая проводимость графита

десять тысяч раз превышает проводимость в поперечном направлении, а теплопроводность графита, измеренная в направлении плоскости слоев, в пять раз больше теплопроводности, измеренной в поперечном направлении. Все это обусловлено свойствами атома углерода.



Зависимость электропроводности σ некоторых веществ от абсолютной температуры Т. Металлы: 1 — медь, 2 — свинец (ниже 7,3 К становится сверхпроводящим); полупроводники: 3 — графит, 4 — чистый германий, 5 — чистый кремний; ионные проводники: 6 — хлористый натрий, 7 — стекло.

легирования различными химическими элементами. Но максимум, чего удалось добиться – это сверхпроводимости при Tc < 1К в случае легирования калием и натрием [1,2]. Английские физики из университетов Лондона и Кембриджа обнаружили, что внедрение атомов иттербия или кальция между графитовыми слоями приводит к образованию сверхпроводящих соединений с Tc = 6.5 и 11.5К, соответственно [3]. Резистивный сверхпроводящий переход очень узкий (около 0.5К) и сопровождается эффектом Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние). Роль атомов Yb и Ca заключается в том, что они поставляют свободные носители заряда в графитовые слои.













Рис. 1 Кристаллическая структура C6M (M = Yb или Ca).

Сверхпроводимость графита

марок АРВ и АРВу применяют для изготовления анодов и сеток ртутных выпрямителей, а также деталей электровакуумных приборов. Графит марки АРВу отличается от АРВ большей плотностью, достигаемой за счет дополнительной пропитки пеком. Их свойства, а также максимальные габариты приведены ниже [38]:
В электротермии углеродные материалы используют для изготовления нагревателей, экранов, теплоизоляции, элементов конструкции. Нагреватели могут быть подразделены на электроды дуговых печей и нагреватели индукционных установок и печей сопротивления [52]. Конструкционные углеродные материалы МГ, МГ-1, ГМЗ, ППг нашли наиболее широкое применение в вакуумных печах сопротивления, в том числе взамен вольфрамовых и молибденовых для плавки редких и полупроводниковых металлов. Так, нагреватели из графита марки ГМЗ при вакууме до 1,33 Па работают при температуре до 2000 °С, напряжении 12—24 В и силе тока 1500—2000 А, выдерживают в среднем 20 плавок продолжительностью 5 ч каждая [109]. Несложность механической обработки позволяет изготовлять нагреватели диаметром до 500 и длиной до 1400 мм.

и объемные. В первых сопротивлением служит тонкий углеродистый слой — пленка на электроизоляционном основании (их называют тонкопленочными); объемные резисторы представляют собой стержни из массы, состоящей из смеси углерода с органической и неорганической связкой. Углеродистые резисторы бывают постоянные и переменные; сопротивление последних изменяется в заданных пределах. Пленочные резисторы ВС выполняются в виде керамических цилиндрических стержней или трубок, на поверхность которых нанесен слой углерода, покрытый лаковой пленкой.

Применение графита в электронной технике

Щетки для электрических машин. Представляют собой специальные электропроводящие детали токосъемного устройства, которые применяют для подвода тока на коллекторах и контактных кольцах электрических вращающихся машин. Щетки классифицируются в зависимости от применяемых материалов и особенностей технологического процесса изготовления. Применение: различные типы стартеров, генераторов, двигателей, электромоторов, транспортных землений и т.п. Отрасли: электротехника, энергетика, транспорт, автомобилестроение, машиностроение, металлургическая и горнодобывающая промышленности.

гексагональными ячейками, как у графита.

Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решётку. Его теоретическое исследование началось задолго до получения реальных образцов материала, поскольку из графена можно собрать трёхмерный кристалл графита.

Графен и его получение

2011 года в рамках книжного фестиваля под открытым небом BookMarket-2011)

. Дата обращения 05,04,2015.
Вендик О. Г. Графен (применение в технике СВЧ). Доклад на Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». Санкт-петербург. 2-5 июня 2014 года.
Е. И. Жмуриков, И.А. Бубненков, А. С. Покровский, Д. В.Харьков, В.В. Дрёмов, С.И. Самарин. ГРАФИТ В НАУКЕ И ЯДЕРНОЙ ТЕХНИКЕ. Монография. г. Новосибирск. 2013.
http://globalscience.ru/article/read/18798/
http://achinsknews.ru/grafen-704/