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Graphite의 전기가 통하는 메커니즘을 알고자 합니다.
Graphite는 semiconducting 물질로 분류되는 것으로 알고 있는데..
제가 잘못 알고 있는 것일수도 있으니
Graphite의 electrical conduction mechanism을 알수 있는 자료 좀 부탁드리겠습니다.
- Graphite
- electrical conduction mechanism
- carbon
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이응신님의 답변
2012-02-29- 2
화학교재에서 탄소결합물이나 SP혼성궤도를 찾아보면 쉽게 이해하도록 기술하고 있습니다.
탄소는 외곽전자가 4개로 (1S2 2S2 2P2) 결합을 할 때는 SP2나 SP3가 됩니다.
SP3로 되면 2S에 있는 두 개의 전자가 2P 궤도로 올라가 (L에서는 각운동량 외에 S와 P궤도의
에너지 차이가 미약하므로) SP3의 4개 전자를 형성해서 각각의 전자에 H원자가 오든지 아니면
탄소끼리 결합해서 탄소원자 하나에 4개가 달라붙는 공유결합을 해서 다이어먼드 구조가 됩니다.
SP2 혼성궤도를 이루면 P궤도에 3개의 전자가 결합에 관여하고 하나는 남아도는 구조가 되므로
이런 결합 성질은 흑연의 벌집구조로 됩니다. 평면상에서는 강한 육각형 결합을 하고 P궤도에
남는 전자는 위아래로 움직이면서 반 데르 발스 결합을 해서 평면 층끼리 약하게 연결을 시킵니다.
따라서 SP2 결합을 하는 흑연은 평면상으로는 결합에 관여하지 않은 P궤도의 전자구름이 서로
거의 겹치므로 전자의 이동이 쉽게 일어나서 전도체 역할을 합니다. 평면에 수직으로는
반 데르 발스 결합을 하므로 쉽게 전자가 이동을 하지 않습니다. 물론 홀 현상으로 이동은 합니다만.
따라서 흑연 결합의 평면 쪽으로는 전류가 흐를 수 있고, 수직 방향으로는 잘 흐르지 않습니다.
반도체는 도체와 부도체의 중간 물질로 온도에 따라 전기 전도도(또는 전기저항)가 변하는 물질을
말합니다. 흑연에서 온도가 증가할 때는 격자 운동 때문에 금속처럼 평면으로 흐르는 전류는
저항이 증가하고 평면 사이의 부도체는 온도에 따른 전자의 활성이 증가하면 층간 이동이 이루어져
전기 저항이 감소하므로 결국 반도체의 성질을 나타낸다고 할 수 있습니다.
흑연의 평면 층 사이에 금속 입자를 어떻게 끼워넣어 물질을 만드느냐에 따라 전기전도도가 변하므로
여러 가지 조합이 가능하겠지요.
흑연과 탄소결합에 대한 화학교재나 전기교재를 찾아보면 전기전도에 대한 메커니즘이 자세히
나와있습니다.
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Graphite의 전기가 통하는 메커니즘을 알고자 합니다.
Graphite는 semiconducting 물질로 분류되는 것으로 알고 있는데..
제가 잘못 알고 있는 것일수도 있으니
Graphite의 electrical conduction mechanism을 알수 있는 자료 좀 부탁드리겠습니다.