روش شناسایی گرافیت طبیعی و گرافیت مصنوعی

2025-03-26

مواد آند گرافیت طبیعی از گرافیت بلوری ورقه‌ای طبیعی ساخته شده است که از طریق سایش، کروی‌سازی، طبقه‌بندی، تصفیه و سطحی و غیره پردازش می‌شود. بلورینگی بالای آن به‌طور طبیعی شکل می‌گیرد. و مواد آند گرافیت مصنوعی از کربن‌های گرافیتی‌پذیر مانند کک نفتی، کک سوزنی، کک قیر، کلسینه در دمای معین و سپس پس از خرد کردن، درجه‌بندی و سیستم گرافیت‌سازی در دمای بالا به‌دست می‌آید و بلورینگی بالای آن از طریق گرافیت‌سازی در دمای بالا شکل می‌گیرد. به‌دلیل تفاوت اساسی در مواد خام و فناوری تهیه، میکروساختار، ساختار بلوری، عملکرد الکتروشیمیایی و عملکرد پردازش این دو به‌وضوح متفاوت است.

از نظر میکروساختار، گرافیت طبیعی لایه‌ای است. پروفایل SEM گرافیت طبیعی ساختار لایه‌ای را حفظ می‌کند و بین ساختارهای لایه‌ای شکاف‌های زیادی وجود دارد. در فرآیند گرافیت‌سازی در دمای بالا، ساختار بلوری بر اساس ساختار ABAB دوباره سازماندهی می‌شود و انقباض پلیمری و چگالی داخلی آن بدون شکاف است.

پراش پرتو ایکس

از منظر ساختار بلوری، مواد آند گرافیت طبیعی بلورینگی بالایی دارد. در الگوی XRD، زاویه قله پراش صفحه بلوری (002) آن بالاتر است، ساختار لایه‌ای کامل است، فاصله لایه‌ها کوچک است و جهت‌گیری (I002/I110) واضح است. از موقعیت قله پراش صفحه بلوری (101) که به 43-45 درجه و موقعیت قله پراش صفحه بلوری (012) که به 46-47 درجه مربوط می‌شود، می‌توان دید که گرافیت طبیعی دارای فاز 2H و 3R واضحی است، در حالی که گرافیت مصنوعی فقط دارای فاز 2H است. الگوهای XRD گرافیت شش‌ضلعی (2H) و گرافیت لوزی (3R) به‌شرح زیر است:

طیف‌سنجی رامان

برای گرافیت طبیعی و گرافیت مصنوعی بدون درمان گرافیت‌سازی، علاوه بر پروفایل SEM، نمودار ساختار بلوری XRD و پارامترهای آن برای تمایز، آزمایش طیف‌سنجی رامان نیز یک روش مؤثر برای تمایز این دو نوع گرافیت است. درجه بی‌نظمی ID/IG گرافیت کروی طبیعی معمولاً 0.4~0.85 است، درجه بی‌نظمی ID/IG گرافیت طبیعی که بر روی سطح بدون گرافیت‌سازی پوشش داده شده است معمولاً 0.9~1.6 است و درجه بی‌نظمی ID/IG گرافیت طبیعی جدید اصلاح‌شده بدون گرافیت‌سازی معمولاً 0.2~0.6 است. درجه بی‌نظمی گرافیت مصنوعی ID/IG معمولاً 0.04~0.34 است. به‌طور کلی، درجه بی‌نظمی ID/IG مواد آند گرافیت طبیعی بدون گرافیت‌سازی در دمای بالا بزرگتر از مواد آند گرافیت مصنوعی است. درجه بی‌نظمی ID/IG گرافیت طبیعی گرافیت‌شده که بر روی سطح پوشش داده شده است معمولاً 0.17~0.36 است و درجه بی‌نظمی گرافیت مصنوعی معمولاً 0.04~0.34 است. درجه بی‌نظمی ID/IG گرافیت طبیعی گرافیت‌شده و گرافیت مصنوعی در تقاطع است و آزمایش رامان یک روش مؤثر نیست.

قضاوت در مورد نتیجه

1. مقایسه مواد آند گرافیت طبیعی بدون درمان گرافیتی‌سازی در دماهای بالا (2400-3300) و مواد آند گرافیت مصنوعی

(1) مقطع SEM: مقطع SEM از ماده آند گرافیت طبیعی بدون گرافیت‌سازی در دماهای بالا دارای شکاف‌هایی بین ساختارهای ورقه‌ای است، در حالی که مقطع SEM از ماده آند گرافیت مصنوعی متراکم و بدون درز است.

(2) XRD: در الگوی XRD ماده آند گرافیت طبیعی بدون درمان گرافیت‌سازی در دمای بالا، فاز 2H و فاز 3R به وضوح وجود دارند و تنها فاز 2H در الگوی XRD ماده آند گرافیت مصنوعی وجود دارد.

(3) ID/IG: نسبت بی‌نظمی ID/IG ماده آند گرافیت طبیعی پوشش‌دار بدون گرافیت‌سازی در دماهای بالا معمولاً 0.9~1.6 است و نسبت بی‌نظمی ID/IG گرافیت مصنوعی معمولاً 0.04~0.34 است.

2. مقایسه مواد منفی گرافیت طبیعی و مواد منفی گرافیت مصنوعی گرافیت شده در دمای بالا (2400-3300)

(1) مقطع SEM: مقطع SEM از ماده آند گرافیت طبیعی خالص که تحت گرافیت‌سازی با دمای بالا قرار گرفته است، دارای شکاف‌هایی بین ساختارهای ورقه‌ای است، در حالی که مقطع SEM از ماده آند گرافیت مصنوعی خالص دارای ساختاری متراکم و بدون شکاف است و تحت گرافیت‌سازی با دمای بالا قرار گرفته است. نمای مقطع SEM از ماده آند گرافیت ترکیبی نشان می‌دهد که فضاهای خالی بین ساختارهای ورقه‌ای گرافیت طبیعی و ساختار متراکم و بدون درز گرافیت مصنوعی همزمان وجود دارند.