Was sind die Verwendungen von Graphit?

Graphit hat eine Vielzahl von fast widersprüchlichen Verwendungen. Als Allotrop aus Kohlenstoff und einem der weichsten Mineralien der Welt reicht seine Anwendung von Schreibgeräten bis hin zu Schmiermitteln. Es kann zu einem ein Atom dicken Zylinder aus Graphen verarbeitet werden, einem superfesten Material, das in Sportgeräten verwendet wird. Graphit kann sich wie ein Metall verhalten und Strom leiten, aber auch als Nichtmetall, das hohen Temperaturen standhält.

Graphit kommt natürlicherweise als Flocken und Adern in Gesteinsbrüchen oder als amorphe Klumpen vor. Die kristalline Grundstruktur von Graphit ist eine flache Schicht stark gebundener Kohlenstoffatome in hexagonalen Zellen. Diese als Graphene bezeichneten Blätter stapeln sich übereinander, um Volumen zu erzeugen, aber die vertikalen Bindungen zwischen den Blättern sind sehr schwach. Die Schwäche dieser vertikalen Bindungen ermöglicht es den Blättern, sich zu spalten und übereinander zu gleiten. Wenn eine Graphenplatte jedoch horizontal ausgerichtet und gewalzt wird, ist das resultierende Material 100-mal stärker als Stahl.

Bleistiftkerne „Blei“ bestehen aus einer Mischung aus Ton und Graphit. Lose gespaltene Graphitflocken markieren das Papier und der Ton dient als Bindematerial. Je höher der Graphitanteil des Kerns, desto weicher ist der Bleistift und desto dunkler seine Spur. In sogenannten Bleistiften gibt es kein Blei. Der Name stammt aus Europa, als Graphit wegen seines metallischen Aussehens „Plumbago“ oder „Schwarzes Blei“ genannt wurde. Die Verwendung von Graphit als Marker stammt aus dem 16. Jahrhundert in Nordengland, wo die lokale Legende besagt, dass Hirten eine neu entdeckte Graphitlagerstätte benutzten, um Schafe zu markieren.

Graphit reagiert mit atmosphärischem Wasserdampf, um einen dünnen Film über alle angrenzenden Oberflächen abzuscheiden und die Reibung zwischen ihnen zu verringern. Es bildet eine Suspension im Öl und verringert die Reibung zwischen zwei beweglichen Teilen. Graphit wirkt auf diese Weise als Schmiermittel bis zu einer Temperatur von 787 Grad Celsius (1.450 Grad Fahrenheit) und als Anti-Seize-Material bei bis zu 1.315 Grad Celsius (2.399 Grad Fahrenheit). Graphit ist ein gängiges feuerfestes Material, da es hohen Temperaturen standhält, ohne sich chemisch zu verändern. Es wird in Herstellungsprozessen verwendet, die von der Stahl- und Glasherstellung bis zur Eisenverarbeitung reichen. Es ist auch ein Asbestersatz in Autobremsbelägen.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine Lithium-Kathode und eine Graphit-Anode. Beim Laden der Batterie sammeln sich um die Graphitanode herum positiv geladene Lithiumionen im Elektrolyten – einer Lithiumsalzlösung – an. Eine Lithium-Anode würde eine leistungsstärkere Batterie ergeben, aber Lithium dehnt sich beim Aufladen erheblich aus. Im Laufe der Zeit wird die Oberfläche der Lithiumkathode rissig, wodurch Lithiumionen entweichen. Diese wiederum bilden in einem Prozess, den Dendriten genannt wird, Wucherungen, die die Batterie kurzschließen können.

Gewalzte einzelne Graphenplatten sind 10-mal leichter und 100-mal stärker als Stahl. Ein solches gewalztes Blech wird auch als Graphen bezeichnet, und dieses Derivat von Graphit ist das weltweit stärkstes identifiziertes Material und wurde verwendet, um superfeste, leichte Sportarten herzustellen Ausrüstung. Seine hohe elektrische Leitfähigkeit, geringe Lichtabsorption und chemische Beständigkeit machen es zu einem idealen Material für die Zukunft Anwendungen, auch in medizinischen Implantaten wie Kunstherzen, flexiblen elektronischen Geräten und Flugzeugen Teile.