طريقة التعرف على الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي

2025-03-26

مادة الأنود الجرافيتي الطبيعي مصنوعة من جرافيت بلوري رفيع طبيعي، الذي يتم معالجته عن طريق الطحن، والتشكيل الكروي، والتصنيف، والتنقية، والسطح، وما إلى ذلك. وتتشكل بلورته العالية بشكل طبيعي. بينما مادة الأنود الجرافيتي الصناعية من السهل تحويلها إلى جرافيت مثل الكوك النفطي، الكوك الإبرة، كوك الأسفلت، يتم خبزها عند درجة حرارة معينة، ثم يتم سحقها، وتصنيفها، ونظام جرافيت عالي الحرارة، وتتشكل بلورته العالية من خلال الجرافيت العالي الحرارة. نتيجة لاختلاف المواد الخام وتقنية الإعداد، فإن البنية المجهرية، الهيكل البلوري، الأداء الكهروكيميائي وأداء المعالجة بين الاثنين تختلف بشكل واضح.

فيما يتعلق بالهيكل المجهري، فإن الجرافيت الطبيعي عبارة عن طبقات. يظل شكل SEM للجرافيت الطبيعي يحتفظ بالهيكل الطبقي، وهناك الكثير من الفجوات بين الهياكل الطبقية. في عملية الجرافيت العالي الحرارة، يتم إعادة ترتيب الهيكل البلوري وفقًا للهيكل ABAB، وينكمش البوليمر، وكثافته الداخلية، دون فجوة.

التحليل بالأشعة السينية

من وجهة نظر الهيكل البلوري، تحتوي مادة الأنود الجرافيتي الطبيعي على بلورية عالية. في نمط XRD، يكون قمة حيود مستوى البلورة (002) بزاوية أعلى، الهيكل الطبقي مكتمل، وتباعد الطبقات صغير، والتوجه (I002/I110) واضح. من موقع القمة الحيودية لمستوى البلورة (101) المقابل لـ 43-45 درجة وموقع القمة الحيودية لمستوى البلورة (012) المقابل لـ 46-47 درجة، يمكن ملاحظة أن الجرافيت الطبيعي له طور 2H و3R واضح، بينما الجرافيت الصناعي يحتوي فقط على طور 2H. نمط XRD للجرافيت السداسي (2H) والجرافيت المعين (3R) كما يلي:

طيف رامان

بالنسبة للرسم البياني للجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي بدون معالجة الجرافيت، بالإضافة إلى ملف SEM، ورسم الهيكل البلوري بواسطة XRD ومعاييره للتفريق، فإن اختبار طيف رامان لدرجة الاضطراب ID/IG هو أيضًا طريقة فعالة للتفريق بين هذين النوعين من الجرافيت. وعادة ما تكون درجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الطبيعي الكروي بين 0.4 إلى 0.85، بينما تكون درجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الطبيعي المغطى على السطح بدون جرافيت حوالي 0.9 إلى 1.6، ودرجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الطبيعي المعدل الجديد بدون جرافيت تتراوح عمومًا بين 0.2 إلى 0.6. وعادة ما تكون درجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الاصطناعي بين 0.04 إلى 0.34. بشكل عام، تكون درجة الاضطراب ID/IG لمادة الأنود الجرافيت الطبيعي بدون معالجة جرافيت عالية الحرارة أكبر من تلك الخاصة بمادة الأنود الجرافيت الاصطناعي. ودرجة الاضطراب ID/IG لجرافيت الطبيعي المعالج على السطح عادة ما تتراوح بين 0.17 إلى 0.36، بينما جرافيت الاصطناعي تتراوح بين 0.04 إلى 0.34. وتكون درجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الطبيعي المعالج والجرافيت الاصطناعي في تقاطع، واختبار رامان ليس طريقة فعالة.

حكم النتيجة

1. مقارنة مواد أنود الجرافيت الطبيعي بدون معالجة جرافيت عالية الحرارة (2400-3300) ومواد أنود الجرافيت الاصطناعي

(1) مقطع SEM: يشتمل مقطع SEM لمادة الأنود الجرافيت الطبيعي بدون معالجة جرافيت عالية الحرارة على فوارق بين هياكل الرقائق، بينما مقطع SEM لمادة الأنود الجرافيت الاصطناعي كثيف ولا توجد فيه فجوات.

(2) XRD: يوجد في نمط XRD لمادة الأنود الجرافيت الطبيعي بدون معالجة جرافيت عالية الحرارة مراحل 2H و3R بشكل واضح، بينما المرحلة 2H فقط موجودة في نمط XRD لمادة الأنود الجرافيت الاصطناعي.

(3) ID/IG: درجة الاضطراب ID/IG لمادة الأنود الجرافيت الطبيعي المغطاة على السطح بدون معالجة جرافيت عالية الحرارة تتراوح عادة بين 0.9 إلى 1.6، بينما درجة الاضطراب ID/IG للجرافيت الاصطناعي تتراوح عادة بين 0.04 إلى 0.34.

2. مقارنة مادة الجرافيت الطبيعي السالبة ومادة الجرافيت الاصطناعي السالبة المعالجة عند حرارة عالية (2400-3300)

(1) مقطع SEM: يتضمن مقطع SEM لمادة الأنود الجرافيت الطبيعي النقي المعالج بالحرارة العالية فجوات بين هياكل الرقائق، بينما مقطع SEM لمادة الأنود الجرافيت الاصطناعي النقي له هيكل كثيف ولا توجد به فجوات، وقد تم معالجته عند حرارة عالية. يُظهر مقطع SEM لمادة الأنود الجرافيت المركب وجود فراغات بين هياكل رقائق الجرافيت الطبيعي وهيكل الجرافيت الاصطناعي الكثيف والمستمر.