ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक की सूक्ष्म संरचना (क्रिस्टल संरचना) कैसी होती है?

I. क्रिस्टल संरचना की विशेषताएँ

स्तरित संरचना: ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक की क्रिस्टलीय संरचना में षट्कोणीय कार्बन परमाणुओं के समतल जाल होते हैं। ये समतल जाल परत दर परत व्यवस्थित होते हैं, जिससे एक विशिष्ट स्तरित संरचना बनती है। ये परतें अपेक्षाकृत कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा जुड़ी होती हैं, जो ग्रेफाइट को चिकनाई और विषमता प्रदान करते हैं।
लैटिस स्थिरांक: ग्राफ़िटाइज़ेशन उपचार के बाद, पेट्रोलियम कोक के लैटिस स्थिरांक (a₀ और c₀) प्राकृतिक ग्रेफाइट के लैटिस स्थिरांक के लगभग बराबर हो जाते हैं, जो उनकी क्रिस्टलीय संरचनाओं में उच्च स्तर की समानता को दर्शाता है। यह संरचनात्मक विशेषता ग्राफ़िटाइज़्ड पेट्रोलियम कोक को उत्कृष्ट विद्युत और ऊष्मीय चालकता प्रदर्शित करने में सक्षम बनाती है।
सूक्ष्म क्रिस्टलीय मापदंड: एक्स-रे विवर्तन का उपयोग करके, ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक में सूक्ष्म क्रिस्टलों के अंतर्परत अंतराल (d₀₀₂), औसत परत व्यास (Lₐ) और स्टैकिंग ऊंचाई (Lc) जैसे मापदंडों की गणना की जा सकती है। ये मापदंड सूक्ष्म क्रिस्टलों के आकार और व्यवस्था को दर्शाते हैं और ग्रेफाइटीकरण की डिग्री का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण संकेतक के रूप में कार्य करते हैं।

II. ग्रेफाइटीकरण प्रक्रिया के प्रभाव

अनाकार अवस्था से क्रिस्टलीय अवस्था में परिवर्तन: ग्राफ़िटाइज़ेशन से पहले, पेट्रोलियम कोक की कार्बन संरचना अनाकार होती है, जिसकी विशेषता "दीर्घ-श्रेणी अव्यवस्थित, अल्प-श्रेणी व्यवस्थित" पदार्थ संरचना है। ग्राफ़िटाइज़ेशन उपचार (आमतौर पर 2500°C से 3000°C तक के उच्च तापमान पर किया जाता है) के माध्यम से, अनाकार कार्बन धीरे-धीरे एक व्यवस्थित त्रि-आयामी ग्रेफाइट क्रिस्टल संरचना में परिवर्तित हो जाता है।
सूक्ष्म क्रिस्टलीय कणों के आकार में वृद्धि: ग्राफिटीकरण के दौरान, कार्बन जाली कणों की औसत मोटाई (Lc) और चौड़ाई (Lₐ) बढ़ जाती है, जबकि अंतरपरत रिक्ति (d) कम हो जाती है। इसके परिणामस्वरूप सूक्ष्म क्रिस्टलीय कणों का आकार बढ़ जाता है और क्रिस्टलीय संरचना अधिक परिपूर्ण हो जाती है।
प्रतिरोधकता में कमी: जैसे-जैसे ग्राफिटीकरण की मात्रा बढ़ती है, ग्राफिटीकृत पेट्रोलियम कोक की प्रतिरोधकता में उल्लेखनीय कमी आती है। इसका कारण यह है कि ग्राफिटीकरण के दौरान कार्बन परमाणुओं की व्यवस्था अधिक सुव्यवस्थित हो जाती है, जिससे इलेक्ट्रॉन परत तलों के भीतर अधिक स्वतंत्र रूप से गति कर पाते हैं, और इस प्रकार विद्युत चालकता में वृद्धि होती है।

III. सूक्ष्म संरचना और गुणों के बीच संबंध

विद्युत चालकता: ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक की परतदार क्रिस्टल संरचना इलेक्ट्रॉनों को परतों के भीतर स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम बनाती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्कृष्ट विद्युत चालकता प्राप्त होती है। यह गुण ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक को इलेक्ट्रोड सामग्री और चालक योजक जैसे क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोगी बनाता है।
तापीय चालकता: परतों को जोड़ने वाले वैन डेर वाल्स बलों के कारण, ऊष्मा परत तलों के भीतर तेजी से स्थानांतरित हो सकती है। परिणामस्वरूप, ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक अच्छी तापीय चालकता भी प्रदर्शित करता है, जिससे यह ऊष्मा अपव्यय सामग्री और अन्य अनुप्रयोगों के निर्माण के लिए उपयुक्त हो जाता है।
यांत्रिक गुणधर्म: ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक की क्रिस्टलीय संरचना इसे एक निश्चित यांत्रिक शक्ति प्रदान करती है। हालांकि, धात्विक पदार्थों की तुलना में, इसकी परतदार संरचना के कारण अंतरपरत बंधन कमजोर होता है, जिससे इसकी तन्यता और संपीडन शक्ति अपेक्षाकृत कम होती है। यह विशेषता ग्रेफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोक को उन स्थितियों में उपयोग का लाभ देती है जहां इसे कुछ दबावों को सहन करने की आवश्यकता होती है लेकिन उच्च शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है।