ما هي استخدامات الجرافيت؟

يحتوي الجرافيت على مجموعة متنوعة من الاستخدامات المتناقضة تقريبًا. تآصل من الكربون وواحد من أنعم المعادن في العالم ، وتتراوح استخداماته من أدوات الكتابة إلى مواد التشحيم. يمكن تحويله إلى أسطوانة بسماكة ذرة واحدة من الجرافين وهي مادة فائقة القوة تُستخدم في المعدات الرياضية. يمكن أن يتصرف الجرافيت مثل المعدن ويوصل الكهرباء ولكن أيضًا باعتباره مادة غير معدنية تقاوم درجات الحرارة المرتفعة.

يحدث الجرافيت بشكل طبيعي على شكل رقائق وأوردة داخل كسور الصخور أو على شكل كتل غير متبلورة. التركيب البلوري الأساسي للجرافيت عبارة عن لوح مسطح من ذرات الكربون شديدة الترابط في خلايا سداسية. تتراكم هذه الصفائح ، التي تسمى الرسوم البيانية ، فوق بعضها البعض لإنشاء حجم ، لكن الروابط الرأسية بين الألواح ضعيفة للغاية. يمكّن ضعف هذه الروابط الرأسية الصفائح من الالتصاق والانزلاق فوق بعضها البعض. ومع ذلك ، إذا تمت محاذاة ورقة الجرافين وتدحرجت أفقيًا ، فإن المادة الناتجة تكون أقوى 100 مرة من الفولاذ.

تتكون نوى قلم الرصاص "الرصاص" من خليط من الطين والجرافيت. تميز الورق رقائق الجرافيت المشقوقة بشكل فضفاض ، ويعمل الصلصال كمادة ملزمة. كلما زاد محتوى الجرافيت في اللب ، كان قلم الرصاص أكثر نعومة وكان أثره أغمق. لا يوجد دليل فيما يعرف بأقلام الرصاص. نشأ الاسم في أوروبا عندما كان الجرافيت يسمى "بلومباغو" أو "الرصاص الأسود" بسبب مظهره المعدني. يعود استخدام الجرافيت كعلامة إلى القرن السادس عشر في شمال إنجلترا ، حيث تقول الأسطورة المحلية أن الرعاة استخدموا رواسب الجرافيت المكتشفة حديثًا لتمييز الأغنام.

يتفاعل الجرافيت مع بخار الماء في الغلاف الجوي لإيداع طبقة رقيقة فوق أي أسطح متجاورة ويقلل الاحتكاك بينها. يشكل تعليقًا في الزيت ويقلل الاحتكاك بين جزأين متحركين. يعمل الجرافيت بهذه الطريقة كمواد تشحيم تصل إلى درجة حرارة تصل إلى 787 درجة مئوية (1450 درجة فهرنهايت) وكمواد مضادة للتشنج تصل إلى 1315 درجة مئوية (2399 درجة فهرنهايت). الجرافيت مادة مقاومة للصهر شائعة لأنها تتحمل درجات حرارة عالية دون أن تتغير كيميائيًا. يتم استخدامه في عمليات التصنيع التي تتراوح من صناعة الفولاذ والزجاج إلى معالجة الحديد. كما أنه بديل للأسبستوس في بطانات مكابح السيارات.

تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على كاثود الليثيوم وأنود الجرافيت. أثناء شحن البطارية ، تتراكم أيونات الليثيوم موجبة الشحنة في الإلكتروليت - محلول ملح الليثيوم - حول أنود الجرافيت. من شأن أنود الليثيوم أن يصنع بطارية أكثر قوة ، لكن الليثيوم يتوسع بشكل كبير عند الشحن. بمرور الوقت ، يتشقق سطح كاثود الليثيوم ، مما يتسبب في هروب أيونات الليثيوم. هذه بدورها تشكل نموًا يسمى التشعبات في عملية يمكن أن تقصر البطارية.

تعتبر صفائح الجرافين المفردة الملفوفة أخف بعشر مرات ، بالإضافة إلى أنها أقوى 100 مرة من الفولاذ. يشار إلى هذه الورقة الملفوفة أيضًا باسم الجرافين ، وهذا المشتق من الجرافيت هو مشتق من العالم أقوى مادة محددة وقد تم استخدامها في ممارسة الرياضة فائقة القوة وخفيفة الوزن معدات. إن الموصلية الكهربائية العالية ، وامتصاص الضوء المنخفض والمقاومة الكيميائية تجعلها مادة مثالية للمستقبل التطبيقات ، بما في ذلك في الغرسات الطبية مثل القلوب الاصطناعية والأجهزة الإلكترونية المرنة والطائرات القطع.