Кіріспе

Қатты күйдегі химия саласында графит интеркалациялық қосылыстар – әртүрлі заттарды графитке енгізу арқылы алынатын материалдар. Бұл материалдардың формуласы (қонақ)Cn, мұнда n 8-ден 40-қа дейін өзгеруі мүмкін. Заттар енгізілген кезде көміртектік қабаттар арасындағы қашықтық едәуір ұзарады. Көбінесе қонақтар – сілті металдары сияқты тотығуды төмендетуші заттар болады. Арсен пентафториді сияқты күшті тотықтырғыштар да графитке интеркалацияланады. Интеркалация кезінде электрондық трансфер хостқа немесе хосттан жүзеге асады. Бұл материалдардың қасиеттері бастапқы графиттің қасиеттерінен ерекшеленеді.

Графит бисульфаты, перхлорат, гексафторарсенаты: тотыққан көміртектер

Интеркаляциялық қосылыстар графит бисульфаты мен графит перхлораты графитті күшті қышқылдар қатысуымен күшті тотықтырғыш заттармен өңдеу арқылы дайындалуы мүмкін. Калий және кальций графиттерінен айырмашылығы, осы процесте көміртек қабаттары окистендіріледі: 48 C + 0,25 O2 + 3 H2SO4 → [C24]+[HSO4]−·2H2SO4 + 0,5 H2O. Графит перхлоратында көміртек атомдарының жазық қабаттары 794 пикометр қашықтықта орналасқан, оларды |ClO4− иондары бөледі. Графит перхлоратты катодтық тотығу арқылы қысқарту KC8-ді қыздыруға ұқсас, бұл |HClO4-тің реттілікпен шығарылуына әкеледі. Графит бисульфаты да, графит перхлораты да графитке қарағанда жақсы өткізгіштер, бұл оң тесік механизмын қолдану арқылы болжанады. Графиттің |[O2]+[AsF6]− реакциясы |[C8]+[AsF6]− тұзын береді. Бұл фазалық өтулерді зерттеу үшін өте ыңғайлы жүйе болып табылды. n сатыдағы магниттік графит интеркаляциялық қосылыстарда n графит қабаттары бірінен соң бірі кезекті магниттік қабаттарды бөледі. Саты саны артқан сайын, кезекті магниттік қабаттардағы спиндер арасындағы өзара әрекеттесу әлсірейді және 2D магниттік мінез-құлық пайда болуы мүмкін.

Галоген және оксид-графит қосылыстары

Хлор мен бром графитке қайтымды түрде еніп түседі. Иод енбейді. Фтор қайтымсыз реакцияға түседі. Бром жағдайында келесі стехиометриялар белгілі: |C{n}Br, мұнда n = 8, 12, 14, 16, 20 және 28. Фтор көміртекті қайтымсыз түзілетіндіктен, көбінесе интеркаляциялық қосылыстар ретінде жіктелмейді. Оның формуласы |(CF){x}|. Ол газ тәрізді фтордың графит көмірмен 215–230 °C температурада реакцияласуы арқылы дайындалады. Түсі сұрғылт, ақ немесе сары. Көміртек пен фтор атомдары арасындағы байланыс ковалентті. Тетракарбон монофторлы (|C4F) графитті фтор мен фторсутек қоспасымен бөлме температурасында өңдеу арқылы дайындалады. Бұл қосылыстың түсі қара көк. Көміртек монофтор электр тогын өткізбейді. Ол біріншілік (қайта зарядталмайтын) литий батареяларының бір түрінде катод материалы ретінде зерттелген. Графит оксиді – тұрақсыз сары түсті қатты зат.

Қасиеттері мен қолданулары

Графиттің интеркаляциялық қосылыстары әртүрлі электрондық және электрлік қасиеттерінің болуына байланысты көптен бері материалтану ғалымдарын қызықтырып келеді.

Үдемелі өткізгіштік

Жоғары өткізгіштікке ие графит интеркаляциялық қосылыстарының арасында CaC6 ең жоғары сындық температураны (Tc = 11,5 K) көрсетеді, ол сыртқы қысыммен (8 ГПа-да 15,1 K) одан да артады. Таза CaC6 жоғары сапалы ультракүлгін сәулеленуді пайдалану арқылы бұрыштық ажыратымды фотоэмиссиялық спектроскопиялық өлшемдер жүргізуге мүмкіндік берді. π* жолағындағы суперөткізгіштік аралықтың ашылуы, π* қабаттар аралық интербиндік өзара әрекеттесуден туындаған жалпы электрон-фонон байланысының күшін айтарлықтай арттыратынын көрсетті. Тағы бір калий графиті қосылысы – KC24 нейтрон монохроматоры ретінде қолданылды. Калий графиті үшін жаңа, маңызды қолданыс калий ионды аккумуляторының ойлап табылуымен енгізілді. Литий-ионды аккумуляторы сияқты, калий-ионды аккумуляторы да металл анодтың орнына көміртекті анодты пайдалануы тиіс. Осы жағдайда калий графитінің тұрақты құрылымы маңызды артықшылық болып табылады.