La conductivité thermique du graphite à température ambiante est particulièrement élevée, dépassant souvent celle de nombreux métaux courants.
La conductivité thermique du graphite est influencée par sa structure unique, qui consiste en des couches d'atomes de carbone disposées en réseaux hexagonaux.
Ces couches sont faiblement liées les unes aux autres, ce qui permet à la chaleur de circuler facilement à l'intérieur des couches, mais moins entre elles.
5 points clés expliqués
1. Structure et conductivité thermique
La conductivité thermique élevée du graphite est principalement due à sa structure en couches.
À l'intérieur de chaque couche, les atomes de carbone sont étroitement serrés et fortement liés, ce qui facilite un transfert de chaleur efficace par le biais d'électrons délocalisés et de vibrations du réseau (phonons).
Cette conductivité intra-couche est très élevée et contribue à l'excellente conductivité thermique globale du graphite.
2. Comparaison avec les métaux
La référence indique que la conductivité thermique du graphite est supérieure à celle du fer, du plomb et de l'acier.
Ceci est important car les métaux sont généralement connus pour leur bonne conductivité thermique.
La conductivité d'une tige de carbone graphite, par exemple, est citée comme étant quatre fois plus élevée que celle de l'acier inoxydable et deux fois plus élevée que celle de l'acier carbone.
3. Dépendance de la température
Il est intéressant de noter que la conductivité thermique du graphite peut augmenter avec la température jusqu'à un certain point.
Ceci est contraire à la plupart des matériaux, où la conductivité diminue généralement avec l'augmentation de la température en raison de l'augmentation des vibrations du réseau qui perturbe le flux de chaleur.
Dans le graphite, la faible liaison entre les couches permet de réduire les perturbations et de maintenir une conductivité élevée même à des températures élevées.
4. Applications et propriétés des matériaux
La conductivité thermique élevée du graphite le destine à diverses applications à haute température, notamment dans les industries nucléaire, métallurgique, des semi-conducteurs et solaire.
Le graphite isostatique, un type de graphite à grain fin et de grande pureté, est particulièrement apprécié pour son excellente résistance thermique et chimique, sa résistance aux chocs thermiques et sa conductivité électrique élevée.
5. Considérations environnementales
Il est important de noter que le graphite est sensible à l'oxygène et que ses propriétés thermiques peuvent se dégrader s'il est exposé à l'air à des températures élevées.
L'oxydation peut commencer aux alentours de 500°C et entraîner une défaillance structurelle au fil du temps.
C'est pourquoi, dans les applications à haute température, le graphite est souvent utilisé dans des environnements sous vide ou sous gaz inerte afin de préserver ses propriétés.
En résumé, le graphite présente une conductivité thermique élevée à température ambiante, qui résulte de sa structure en couches et des fortes liaisons covalentes au sein de ces couches.
Cette propriété, ainsi que ses autres caractéristiques favorables, font du graphite un matériau précieux pour de nombreuses applications à haute température et à hautes performances.
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