黒鉛が伝導性を示す理由

質問

黒鉛が伝導性を示す理由として、π電子が自由に動き回れるため、というのが一般的な解釈になっているようにおもいます。
しかし、私は大学院で、黒鉛と対象とした研究を行っており、論文もいくつか読んできましたが、上記のような主張をしている論文は１つも見たことがありません。（私が読んだ論文ではたいてい、バンド図において、わずかにフェルミエネルギーがバンドを貫いているため、となっています。）
そこで、もし上記のような主張をしている論文があれば、教えて頂きたいとおもいます。また、上記以外の解釈をお持ちの方の意見も聞いてみたいとおもいます。よろしくお願いします。

回答No.4

ojisan7

ご質問は１つにしていただければ有り難かったのですが。

>面に平行方向のバンドはフェルミエネルギーにかかっていません。

黒鉛の面に平行な方向では、価電子帯と伝導帯は接していて（実際は、わずかに重なっている）、エネルギーギャップは存在しないはずです。フェルミエネルギーは、ちょうどこの２つのバンドの接触面にあると思いますがどうでしょうか。たしか、黒鉛の半金属性というのは面間の導電性ではなく、面内（面に平行）の導電性のことではないでしょうか。もう一度、論文を読み直してみて下さい。

お礼

ojisan7さん、再び回答してくださってありがとうございます。そして質問が多くてすみませんでした。

文章を拝見させて頂いて、自分が凄く思い違いをしている気がしてきました。
これまでは、面に平行方向ではエネルギーギャップは存在していませんが、フェルミエネルギーはバンドに接しているだけで貫いてもいない。
従って、【面平行方向の波数を持つキャリヤが存在していない】＝【面内伝導性がない】
と思っていました。
今考えてみたのは次のことなのですが、この理解で正しいでしょうか？連続的に状態が分布してさえいれば伝導性を示すから、ゼロギャップであるグラファイトは面内方向の伝導性を示す。

どうでしょうか？回答していただけると嬉しいです。

回答No.3

leo-ultra

フェルミエネルギーのかかっているバンドのキャラクターはなんでしょうか？

そのバンドが主にどの原子軌道の成分からなっているかは、その論文には書いてありませんか？

憶測ですが、そのバンドは主にπ結合に起因するのではないでしょうか？

お礼

leo-ultraさん、回答ありがとうございます。

はい、フェルミエネルギーにかかっているバンドはπ結合からなるπバンドです。
グラフェンシートが重なってグラファイトになる際、面間でのπ電子の飛び移りが可能になるので、πバンドも面間方向に若干の分散を持ちます。
そのために、面間方向のバンドはフェルミエネルギーを横切ります。

回答No.2

ojisan7

黒鉛の電導性は高校では、共役二重結合の電導性やπ電子によって説明しています。高校生レベルではその理解で充分だと思います。しかし、黒鉛に限らず、導電性は学術的にはバンド理論で説明するのが一般的です。黒鉛の場合も学術的にはバンド理論の方がより、正確で適切だと思います。どちらの説明も誤りではありませんが・・・。以上を要約すると、

共役二重結合（π結合）による説明・・・・教育的
バンド理論による説明・・・・学術的

ということになるでしょうか。

お礼

ojisan7さん、回答ありがとうございます！

ということは、バンド理論で説明される伝導性と、共役2重結合で説明される伝導性は、現象的には同じことを述べていると言うわけですね。

重ねて申し訳ないのですが、もう1つ質問があります。
グラファイトのバンド図を眺めてみると、Ｋ－Ｈ（面に垂直方向）のバンドのみがフェルミエネルギーにかかっていて、そのため半金属になっていることが分かります。
面に平行方向のバンドはフェルミエネルギーにかかっていません。
つまり、バンド図を見るだけだと、グラファイトが面内で大きな伝導性を持つことが説明できないと思うのですが、どうなのでしょうか？
それとも、その伝導性というのは室温に限る話なのでしょうか？温度励起によってキャリヤが作られ、それが面間より面内で移動度が大きいために面内での伝導性が大きいのかな～と思ってみました。

回答No.1

noname#113407

黒煙については「Nova Cast Japan」の技報が参考になると思います。
実務的な面では個人的には過熱蒸気のシール性に期待しています。

参考URL：

http://castiron.m78.com/index.html

お礼

korutoreinさん、解答ありがとうございます。
これは、鋳鉄中に含まれる黒鉛の形状などについて詳しく書かれているようですね。
ちょっと私が必要としている情報とは異なっていたのですが、黒鉛のこのような使われ方は今まで考えていなかったので、新鮮に感じました。ありがとうございました！