העיקרון של גרפיט פחמן כולל בעיקר את תהליך היווצרותו ותכונות פיזיקליות וכימיות.
עקרון היווצרות
היווצרות של גרפיט פחמן מושגת בעיקר על ידי טיפול בטמפרטורה גבוהה של חומרי פחמן. בסביבה של טמפרטורה גבוהה, אטומי פחמן מתארגנים מחדש ומתאחדים, ומשתנים ממבנה לא מסודר למבנה שכבות מסודר ליצירת גרפיט. התהליך הספציפי כולל את השלבים הבאים:
לבודד אוויר ולחזק את החום: לחמם את יסוד הפחמן בטמפרטורה גבוהה כדי למנוע תגובת חמצון.
מנגנון המרת קרביד: חומר פחמן יוצר קרביד עם מינרלים שונים, ולאחר מכן מתפרק לאדי מתכת ולגרפיט בטמפרטורה גבוהה. מינרלים אלה פועלים כזרזים בתהליך הגרפיטציה.
תיאוריית התגבשות מחדש: ישנם גבישי גרפיט קטנים במיוחד בחומר הגלם הפחמן. בטמפרטורה גבוהה, גבישים אלה מרותכים זה לזה על ידי הייחודיות של אטומי פחמן ליצירת גבישי גרפיט גדולים יותר.
תיאוריית צמיחת מיקרו-גבישים: תחת פעולת החום, תרכובות ארומטיות פוליציקליות עוברות סדרה של תגובות פירוליזה, ולבסוף יוצרות צבירות ענק של מולקולות מישוריות, היוצרות מישור רשת פחמן משושה מוערם באופן אקראי, כלומר מיקרו-גבישים.
תכונות פיזיקליות וכימיות
גרפיט הוא אלוטרופ של פחמן, כאשר כל אטום פחמן מחובר לשלושה אטומי פחמן אחרים בקשרים קוולנטיים. כל אטום פחמן עדיין שומר על אלקטרון חופשי אחד כדי להעביר מטען, כך שגרפיט יכול להוליך חשמל. יש לו תכונות כימיות יציבות, הוא עמיד בפני קורוזיה, ולא קל להגיב עם חומצות, אלקליות וחומרים אחרים. המבנה הגבישי של הגרפיט הוא שכבות ומורכב ממשושים רבים, מה שהופך אותו לבעל מוליכות וסיכה טובים.
