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La Struttura della Grafite

La grafite, l’altra forma del carbonio elementare oltre al diamante, adotta una struttura covalente molto diversa rispetto a quella del diamante a cui corrispondono diverse proprietà fisiche.
Questa struttura è costituita da strati planari di atomi di carbonio formanti un reticolo a maglie esagonali. Un cristallo di grafite è costituito da questi strati di atomi di carbonio impilati parallelamente tra loro con una distanza interplanare di 0.335 nm mentre i singoli atomi di carbonio distano tra loro di 0.142 nm. Questa distanza di legame è minore di quella trovata nel diamante ed è molto simile a quella trovata nell’anello benzenico (1,39 Å) , fatto che indica che esiste un legame intermedio tra il legame semplice e quello doppio tra i carboni.
Il legame atomico sui piani è molto energico mentre il legame tra piani è molto debole; di conseguenza i piani scorrono facilmente gli uni sugli altri conferendo alla grafite untuosità e scivolosità al tatto. La sua struttura rende la grafite utilizzabile come lubrificante solido e nelle matite, dove gli strati di grafite scorrendo si staccano dalla superficie e rimangono aderenti alla carta.
A causa della sua struttura così differente nelle diverse direzioni, la grafite è fortemente anisotropa, essendo un conduttore nella direzione dei piani ma un isolante perpendicolarmente ad essi.

Le immagini sotto mostrano la struttura della grafite con i piani cristallografici esagonali, A e B, sovrapposti fra di loro.

 

Misure XRD della Grafite

La grafite “normale”, soprattutto quella naturale, presenta una struttura piuttosto imperfetta a causa di molti difetti e inclusioni. Un certo numero di tecnologie sono state sviluppate per la preparazione di cristalli di grafite perfetti con il fine di sfruttare la sua struttura unica. tra questi, la pirolisi dei composti organici è una delle più comuni ed efficaci. La grafite pirolitica è un materiale di grafite con un alto grado di orientamento cristallografico, avente l‘asse c perpendicolare alla superficie del substrato, questo materiale viene ottenuto mediante trattamento termico di grafitizzazione del carbonio pirolitico o mediante deposizione chimica da fase vapore a temperature superiori a 2500 °K. L’immagine sotto mostra il campione di grafite pirolitica che abbiamo utilizzato per le scansioni XRD.

La scansione XRD del campione di grafite pirolitica ha confermato la presenza di piani cristallografici, paralleli alla superfice, i quali danno luogo ai picchi Bragg mostrati nel grafico sotto.

Per le riflessioni Bragg misurate compiliamo la seguente tabella utilizzando le seguenti formule :

  • λ = 0.1542 nm
  • d = λ / 2senθ
hkl d(nm)
 002  25.67  0.347
 004  53.50  0.343

I valori di d ottenuti sono congruenti fra loro, segno della correttezza delle ipotesi iniziali sui piani cristallografici. Inoltre sono vicini al valore corretto per la distanza interplanare della grafite che risulta essere 0.335 nm.

E’ interessante osservare il primo picco Bragg in corrispondenza del piano cristallografico (002) : presenta una “coda” verso le angolazioni minori che corrispondono a distanze interplanari maggiori. Questo significa che ci sono piani cristallografici che tendono ad essere più distanziati rispetto al valore corrispondente al picco.

Immagine Laue della Grafite

Con una sottila lamina di grafite pirolitica abbiamo ottenuto l’immagine Laue mostrata nella immagine sotto. Abbiamo utilizzato la sorgente con anodo di Rame operata a 30 KV, 60 μA, l’esposizione è durata per circa 2 ore. La traccia del fascio trasmesso è la macchia scura al centro della immagine un pò sfocata a causa dello scattering incoerente. Attorno a questa si nota un anello circolare (poco evidente) che è la traccia lasciata dalla diffrazione. La traccia è poco evidente perchè il campione non è perfettamente monocristallino.

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