Jaká jsou použití grafitu?

Grafit má širokou škálu téměř protichůdných použití. Allotrope uhlíku a jeden z nejměkčích minerálů na světě, jeho použití sahá od psacích nástrojů až po maziva. Lze z něj vyrobit válec z grafenu o síle jednoho atomu, který je vysoce pevným materiálem používaným ve sportovním vybavení. Grafit se může chovat jako kov a vést elektřinu, ale také jako nekov, který odolává vysokým teplotám.

Grafit se přirozeně vyskytuje jako vločky a žíly v lomech hornin nebo jako amorfní hrudky. Základní krystalická struktura grafitu je plochá vrstva silně vázaných atomů uhlíku v hexagonálních buňkách. Tyto listy, nazývané grafeny, se skládají nad sebou, aby vytvořily objem, ale vertikální vazby mezi listy jsou velmi slabé. Slabina těchto svislých vazeb umožňuje listům štěpit a klouzat přes sebe. Pokud je však grafenový list vyrovnán a válcován vodorovně, výsledný materiál je stokrát silnější než ocel.

„Olověná“ jádra tužky jsou vyrobena ze směsi jílu a grafitu. Volně štěpené grafitové vločky označují papír a jíl působí jako pojivový materiál. Čím vyšší je obsah grafitu v jádru, tím měkčí je tužka a tmavší její stopa. V olověných tužkách není olovo. Název vznikl v Evropě, když se grafitu kvůli jeho kovovému vzhledu říkalo „plumbago“ nebo „černé olovo“. Použití grafitu jako značkovače pochází z 16. století v severní Anglii, kde místní legendy uvádějí, že pastýři používali nově objevené grafitové ložisko k označení ovcí.

Grafit reaguje s atmosférickými vodními parami a nanáší tenký film na všechny přilehlé povrchy a snižuje tření mezi nimi. Vytváří olejovou suspenzi a snižuje tření mezi dvěma pohyblivými částmi. Grafit funguje tímto způsobem jako mazivo do teploty 787 stupňů Celsia (1450 stupňů Fahrenheita) a jako materiál proti zadření až do 1315 stupňů Celsia (2399 stupňů Fahrenheita). Grafit je běžný žáruvzdorný materiál, protože odolává vysokým teplotám, aniž by se chemicky měnil. Používá se ve výrobních procesech od výroby oceli a skla po zpracování železa. Je také náhražkou azbestu v brzdových obloženích automobilů.

Lithium-iontové baterie mají lithiovou katodu a grafitovou anodu. Jak se baterie nabíjí, kolem grafitové anody se hromadí kladně nabité ionty lithia v elektrolytu - roztok lithné soli. Lithiová anoda by vytvořila silnější baterii, ale lithium se při nabíjení značně rozšiřuje. Postupem času povrch lithiové katody praskne, což způsobí únik lithiových iontů. Ty zase vytvářejí výrůstky zvané dendrity v procesu, který může zkratovat baterii.

Válcované jednotlivé grafenové desky jsou 10krát lehčí a stokrát silnější než ocel. Takový válcovaný plech se také označuje jako grafen a tento derivát grafitu je světový nejsilnější identifikovaný materiál a byl použit k výrobě vysoce pevných a lehkých sportů zařízení. Jeho vysoká elektrická vodivost, nízká absorpce světla a chemická odolnost z něj činí ideální materiál pro budoucnost aplikace, včetně lékařských implantátů, jako jsou umělá srdce, flexibilní elektronická zařízení a letadla části.