天游线路检测中心 材料-碳-的ESR-
ER110001
ESR 也用于研究碳的物理性质。例如纯单晶石墨1,2)传导电子导致的不对称戴森型线性3)的ESR谱已被报道。
石墨
石墨是由碳制成的六方板状晶体。平面结构是龟甲石墨烯，碳原子通过强共价键连接。另一方面，各层通过弱范德华力连接（图 1）。它在面内表现出与金属相似的导电性，在面之间表现出半导体特性。石墨用于电子设备、汽车、干电池、涂料等多种产品。碳纳米管和富勒烯可以被认为是石墨烯的改性版本。此外，通过在石墨烯之间注入添加剂，可以提高导电性或可以发展超导性。
图1石墨的基本结构ESR 线性
石墨和碳纤维表现出电导率的ESR线特征，称为戴森型吸收曲线。图 2 显示了铅笔芯的 ESR 谱。人们认为，观察到这种垂直不对称的ESR谱是因为微波在从表面到趋肤深度的小区域内经历振幅衰减和相位变化。如果材料的粒径或膜厚小于趋肤深度，或者扩散时间长且电导率低，则不会发生这种变形。从图2中A和B的比值A/B可以求出传导电子穿过表皮厚度所需的时间4)基于石墨的电子结构，对纯石墨的g值和线宽（ΔH）进行理论分析。5)。
图2铅笔芯的ESR谱（200度）
铅笔中的传导电子
将铅笔芯(4B)装入样品管中，在-100℃至+200℃之间改变温度的同时观察ESR光谱(使用温度可变装置ES-DVT4)。当石墨温度变化时，ESR谱显示，随着温度降低，线宽增大，g值显着向低磁场侧移动（图3）。 g值的大幅变化和线宽的增加是石墨的特征现象，强烈反映了费米能级附近的能带结构2)。
图3铅笔芯的ESR谱和温度变化
碳的ESR
ESR是评估石墨等碳材料物理性能的重要方法，并提供电子结构和3D结构的信息。 1985年证实了富勒烯的存在6)，富勒烯C60虽然本来是抗磁性的，但很容易被氧化和还原，产生不成对电子并成为自由基。人们正在研究含有金属原子的富勒烯的电子结构和物理性质。7,8,9)碳纤维和多壁碳纳米管的ESR与多晶石墨的ESR相似，并且由于传导电子和晶格缺陷而被观察为具有不同g值的单线的重叠ESR。10)。
参考文献
- 1) G Wagoner (1960)：石墨中载流子的自旋共振，物理评论，118, 647-653。
- 2) Hiroaki Oya，Jun Yamauchi (1989)：电子自旋共振 - 材料的微观表征 -，讲谈社科学，第 289 页。
- 3) F J Dyson (1955)：金属中的电子自旋共振吸收。二电子扩散理论和集肤效应，物理评论，98, 349–359。
- 4) GFeher 和 AKip (1955)：金属中的电子自旋共振吸收。 I 实验，物理评论，98, 337-348。
- 5) JW麦克卢尔和 YYafet（1961）：Proc。第五届碳会议，编辑。 SMrozowski，ML Studebaker, PLJrWalker，大学公园，宾夕法尼亚州，佩加蒙出版社，第 22 页（1963 年）。
- 6) H W Kroto、J R Heath、S C O'Brien、R F Curl 和 R E Smalley (1985)：C60：巴克敏斯特富勒烯，《自然》，318, 162-163。
- 7) Hisanori Shinohara、Yahachi Saito (1996)：富勒烯的化学和物理，名古屋大学出版社，p302。
- 8) CC Chancey，MCM O’Brien (1997)：C60 和其他二十面体复合物中的 Jahn-Teller 效应，普林斯顿大学出版社。
- 9) 日本化学学会（1999）：富勒烯化学——碳的第三种同位素——，化学评论季刊，43，学会出版中心。
- 10) JBJones 和 LSSinger (1982)：电子自旋共振和碳纤维结构，Carbon，20，第 5 期，p379-385。
