今回はカーボンブラシ（黒鉛）が導電性を持つのはなぜ？についてご説明致します。
少し専門的な説明が続くので、お急ぎの方・科学はちょっと苦手だなという方は２段落分飛ばしていただいてもOKです。

導電性とは、電気を通す性質の事です。
電気を通す素材の代表として金属を例に説明します。
金属はプラスの電荷を持ち、周囲に自由電子というマイナスの電荷を共有し合う状態で安定しています。
自由電子が原子間を動き回れる状態であるため、電気エネルギーを伝えやすいのです。

ここで本題の黒鉛に戻します。
以前に「カーボンブラシ(黒鉛)が摺動性に優れるのはなぜ？」をご紹介しました。
この特性は黒鉛の結晶構造によって成り立っていることを説明しました。
詳しくは下記リンクより一読ください。
https://ja.nc-net.or.jp/company/95640/product/detail/203254/
炭素原子は電子を共有し。最大４つの原子と結びつくことができ、３つの原子と結びついて黒鉛となっています。
残った１つの電子は金属の様に自由電子のようにふるまうと考えられています。
黒鉛は非金属でありながら導電性を持つ背景が金属に近いため、黒鉛は導電性を有することができるのです！。
ちなみにダイヤモンドは４つの電子を全て結合に使っているので導電性を持たない炭素となります。

飛ばしてきた方向けにも要点を説明しますと、
黒鉛は金属ではないのに、電気を通す要因が金属に近い特別な素材であるということです！
ちなみに黒鉛はどのくらい導電する能力があると思いますか？
体積抵抗率という指標があり、参考に0℃での金・銀・銅と黒鉛を並べます。
いずれも使用環境や純度、結晶の発達具合により異なるため、一概には言えない場合もありますが、
数字が小さいほど、抵抗が少ない＝電気を通しやすいということになります。

金(Au)：2.05×10^-8 Ω･m
銀(Ag)：1.47×10^-8 Ω･m
銅(Cu)：1.55×10^-8 Ω･m
黒鉛(C)：1375×10^-8 Ω･m
単位の×10^-8は「0.00000001倍」のことです。Ω･mは体積抵抗率を表します。
金属と黒鉛は素材として1000倍くらいの差ということですね！

・・・

・・・金属より1000倍近く体積抵抗率が高いなら、そんなに導電性が優れているとは言えないのでは？
と思った方もいると思います。
参考に、海水は塩分などの電解質を含んだ、電気を通しやすい液体ですが、
2.0×10^-1 Ω･m程度(金の約一千万倍の数値)、
人間の皮膚は5.0×10^5 Ω･m程度(金の約25兆倍の数値)、
樹脂は10^10～10^16 Ω･m程度(金の約50京～5000垓倍の数値 ※種類により前後あり)
らしいです。
そのように考えると非金属の中では導電性に優れていると考えられます！

また、黒鉛は潤滑性を有しながら、金属と隔てた体積抵抗率を持つからこそ、黒鉛の配合量や成型方法を調整することで一定の範囲内でブラシの抵抗率を調整することができ、カーボンブラシとして使用する際の整流性能を調整しやすくなっているため、この差は意味のある違いであると考えられます。さらに、黒鉛は物質としての安定性から酸やアルカリに対する耐腐食性もあるので、金属が腐食しやすい環境でも黒鉛であれば代わっていける可能性もあります。


目には見えないところで、私たちの生活を支えているカーボンブラシ。
今回はカーボンブラシ（黒鉛）が導電性を持つのはなぜ？
についてお届けしました！

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ぜひ次回もお楽しみに！　

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