Ποιες είναι οι χρήσεις του γραφίτη;

Ο γραφίτης έχει μια μεγάλη ποικιλία σχεδόν αντιφατικών χρήσεων. Ένα αλλότροπο άνθρακα και ένα από τα πιο μαλακά μέταλλα στον κόσμο, οι χρήσεις του κυμαίνονται από εργαλεία γραφής έως λιπαντικά. Μπορεί να κατασκευαστεί σε έναν κύλινδρο γραφενίου πάχους ενός ατόμου που είναι υλικό υψηλής αντοχής που χρησιμοποιείται σε αθλητικό εξοπλισμό. Ο γραφίτης μπορεί να συμπεριφέρεται σαν μέταλλο και να μεταφέρει ηλεκτρισμό αλλά και ως μη μέταλλο που αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο γραφίτης εμφανίζεται φυσικά ως νιφάδες και φλέβες σε κατάγματα πετρώματος ή ως άμορφα κομμάτια. Η βασική κρυσταλλική δομή του γραφίτη είναι ένα επίπεδο φύλλο ισχυρών δεσμών ατόμων άνθρακα σε εξαγωνικά κύτταρα. Ονομάζονται γραφένια, αυτά τα φύλλα στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο για να δημιουργήσουν όγκο, αλλά οι κατακόρυφοι δεσμοί μεταξύ των φύλλων είναι πολύ αδύναμοι. Η αδυναμία αυτών των κάθετων δεσμών επιτρέπει στα φύλλα να κόβονται και να γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο. Ωστόσο, εάν ένα φύλλο γραφενίου ευθυγραμμίζεται και τυλίγεται οριζόντια, το προκύπτον υλικό είναι 100 φορές ισχυρότερο από το χάλυβα.

Οι πυρήνες μολυβιού «μολύβδου» είναι κατασκευασμένοι από μείγμα πηλού και γραφίτη. Οι χαλαρές σχισμένες νιφάδες γραφίτη σηματοδοτούν το χαρτί και ο πηλός λειτουργεί ως δεσμευτικό υλικό. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε γραφίτη του πυρήνα, τόσο πιο μαλακό είναι το μολύβι και τόσο πιο σκοτεινό είναι το ίχνος του. Δεν υπάρχει μόλυβδος σε αυτά που είναι γνωστά ως μολύβια μολύβδου. Το όνομα προήλθε από την Ευρώπη όταν ο γραφίτης ονομάστηκε «plumbago» ή «μαύρο μόλυβδο» λόγω της μεταλλικής εμφάνισής του. Η χρήση του γραφίτη ως δείκτη χρονολογείται από τον 16ο αιώνα στη βόρεια Αγγλία, όπου ο τοπικός μύθος δηλώνει ότι οι βοσκοί χρησιμοποίησαν μια πρόσφατα ανακαλυφθείσα κατάθεση γραφίτη για να σηματοδοτήσουν τα πρόβατα.

Ο γραφίτης αντιδρά με ατμοσφαιρικούς υδρατμούς για να αποθέσει ένα λεπτό υμένιο σε οποιεσδήποτε γειτονικές επιφάνειες και μειώνει την τριβή μεταξύ τους. Σχηματίζει ένα εναιώρημα σε λάδι και μειώνει την τριβή μεταξύ δύο κινούμενων μερών. Ο γραφίτης λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο ως λιπαντικό σε θερμοκρασία 787 βαθμούς Κελσίου (1.450 βαθμούς Φαρενάιτ) και ως υλικό κατά της κατάσχεσης έως και 1.315 βαθμούς Κελσίου (2.399 βαθμούς Φαρενάιτ). Ο γραφίτης είναι ένα κοινό πυρίμαχο υλικό επειδή αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να αλλάζει χημικά. Χρησιμοποιείται σε διαδικασίες κατασκευής που κυμαίνονται από χάλυβα και γυαλί έως επεξεργασία σιδήρου. Είναι επίσης ένα υποκατάστατο αμιάντου στις επενδύσεις φρένων αυτοκινήτων.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν κάθοδο λιθίου και άνοδο γραφίτη. Καθώς η μπαταρία φορτίζεται, τα θετικά φορτισμένα ιόντα λιθίου στον ηλεκτρολύτη - ένα διάλυμα άλατος λιθίου - συσσωρεύονται γύρω από την άνοδο του γραφίτη. Μια άνοδος λιθίου θα έκανε μια πιο ισχυρή μπαταρία, αλλά το λίθιο διαστέλλεται σημαντικά όταν φορτίζεται. Με την πάροδο του χρόνου, η επιφάνεια της καθόδου λιθίου σπάει, προκαλώντας διαφυγή ιόντων λιθίου. Αυτά με τη σειρά τους αναπτύσσονται που ονομάζονται δενδρίτες σε μια διαδικασία που μπορεί να βραχυκυκλώσει την μπαταρία.

Τα ελάσματα μονών φύλλων γραφενίου είναι 10 φορές ελαφρύτερα, καθώς και 100 φορές ισχυρότερα, από το χάλυβα. Ένα τέτοιο ελασματοποιημένο φύλλο αναφέρεται επίσης ως γραφένιο και αυτό το παράγωγο του γραφίτη είναι το παγκόσμιο ισχυρότερο αναγνωρισμένο υλικό και έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή σούπερ αντοχής, ελαφριών σπορ εξοπλισμός. Η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η χαμηλή απορρόφηση φωτός και η χημική αντίσταση το καθιστούν ιδανικό υλικό για το μέλλον εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων σε ιατρικά εμφυτεύματα όπως τεχνητές καρδιές, ευέλικτες ηλεκτρονικές συσκευές και αεροσκάφη ανταλλακτικά.