O coeficiente de condutividade térmica da grafite pode variar significativamente em função da sua estrutura cristalina e orientação.No caso da grafite pirolítica altamente cristalina e recozida sob tensão, a condutividade térmica nas direcções ab (ao longo dos planos do grafeno) pode atingir 4180 W/m-K.Esta elevada condutividade térmica faz da grafite um excelente material para aplicações que requerem uma dissipação de calor eficiente, como em ambientes de alta temperatura.As propriedades únicas da grafite, incluindo a sua condutividade eléctrica e resistência à temperatura, aumentam ainda mais a sua adequação a utilizações industriais especializadas.
Pontos-chave explicados:
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Condutividade Térmica da Grafite:
- A condutividade térmica da grafite é altamente anisotrópica, o que significa que varia consoante a direção da medição.
- Nas direcções ab (ao longo dos planos do grafeno), a condutividade térmica pode ser tão elevada como 4180 W/m-K para grafite pirolítica altamente cristalina e recozida sob tensão.
- Este valor é excecionalmente elevado, tornando a grafite um dos melhores condutores térmicos entre os materiais não metálicos.
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Factores que influenciam a condutividade térmica:
- Estrutura cristalina:A grafite altamente cristalina, como a grafite pirolítica, apresenta uma condutividade térmica mais elevada devido à disposição ordenada dos átomos de carbono.
- Processo de recozimento:O recozimento sob tensão melhora o alinhamento das camadas de grafeno, aumentando ainda mais a condutividade térmica.
- Orientação:A condutividade térmica é significativamente mais elevada ao longo dos planos do grafeno (direcções ab) em comparação com o eixo c (perpendicular aos planos).
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Aplicações de elevada condutividade térmica:
- Dissipação de calor:A grafite é utilizada em dissipadores de calor, materiais de interface térmica e outras aplicações em que a transferência de calor eficiente é fundamental.
- Ambientes de alta temperatura:A sua estabilidade térmica e condutividade tornam-no adequado para utilização em fornos, reactores e componentes aeroespaciais.
- Eletrónica:As propriedades duplas de condutividade térmica e eléctrica da grafite são aproveitadas em dispositivos electrónicos e baterias.
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Propriedades adicionais da grafite:
- Condutividade eléctrica:A grafite conduz eletricidade devido aos electrões deslocalizados na sua estrutura.
- Resistência à temperatura:Mantém-se estável a altas temperaturas sob vácuo ou gás inerte, o que o torna ideal para condições extremas.
- Lubrificação:A sua natureza escorregadia permite-lhe funcionar como um lubrificante sólido em ambientes de alta temperatura ou de vácuo.
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Comparação com outros materiais:
- A condutividade térmica da grafite nas direcções ab ultrapassa a de muitos metais, como o cobre (~400 W/m-K) e o alumínio (~200 W/m-K).
- No entanto, a sua condutividade térmica ao longo do eixo c é muito mais baixa, tipicamente cerca de 5-10 W/m-K, realçando a sua natureza anisotrópica.
Em resumo, o coeficiente de condutividade térmica da grafite, particularmente nas direcções ab, é excecionalmente elevado, atingindo até 4180 W/m-K para grafite pirolítica altamente cristalina e recozida sob tensão.Esta propriedade, combinada com a sua condutividade eléctrica e resistência à temperatura, faz da grafite um material versátil para aplicações de elevado desempenho em várias indústrias.
Tabela de resumo:
| Propriedade | Detalhes |
|---|---|
| Condutividade térmica (ab) | Até 4180 W/m-K (ao longo dos planos de grafeno) |
| Condutividade térmica (c) | 5-10 W/m-K (perpendicular aos planos do grafeno) |
| Estrutura cristalina | A grafite pirolítica altamente cristalina e recozida sob tensão aumenta a condutividade |
| Aplicações | Dissipadores de calor, materiais de interface térmica, fornos, eletrónica, aeroespacial |
| Propriedades adicionais | Condutividade eléctrica, resistência à temperatura, lubrificação |
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