Mitkä ovat grafiitin käyttötarkoitukset?

Grafiitilla on laaja valikoima lähes ristiriitaisia ​​käyttötarkoituksia. Hiilen allotrooppi ja yksi maailman pehmeimmistä mineraaleista, sen käyttö vaihtelee kirjoitusvälineistä voiteluaineisiin. Siitä voidaan tehdä yhden atomin paksu grafeenisylinteri, joka on superlujuusmateriaali urheiluvälineissä. Grafiitti voi käyttäytyä metallin tavoin ja johtaa sähköä, mutta myös ei-metallina, joka kestää korkeita lämpötiloja.

Grafiitti esiintyy luonnollisesti hiutaleina ja suoneina kivenmurtumissa tai amorfisina kokkareina. Grafiitin kiteinen perusrakenne on tasainen levy vahvasti sitoutuneista hiiliatomeista kuusikulmaisissa soluissa. Kutsuttuina grafeeneiksi, nämä arkit pinotaan päällekkäin tilavuuden luomiseksi, mutta arkkien väliset pystysidokset ovat hyvin heikkoja. Näiden pystysidosten heikkous antaa arkkien pilkkoutua ja liukua toistensa yli. Kuitenkin, jos grafeenilevy kohdistetaan ja valssataan vaakasuoraan, tuloksena oleva materiaali on 100 kertaa vahvempi kuin teräs.

Lyijykynänytimet on valmistettu saven ja grafiitin seoksesta. Löysästi pilkotut grafiittihiutaleet merkitsevät paperia, ja savi toimii sitovana materiaalina. Mitä suurempi ytimen grafiittipitoisuus, sitä pehmeämpi kynä ja tummempi sen jälki. Lyijykynissä ei ole lyijyä. Nimi on syntynyt Euroopasta, kun grafiittia kutsuttiin "plumbago" tai "musta lyijy" sen metallisen ulkonäön vuoksi. Grafiitin käyttö merkkiaineena on peräisin 1500-luvulta Pohjois-Englannissa, jossa paikallinen legenda kertoo, että paimenet käyttivät äskettäin löydettyä grafiittikerrosta lampaiden merkitsemiseen.

Grafiitti reagoi ilmakehän vesihöyryn kanssa ohutkalvon kerrostamiseksi vierekkäisten pintojen päälle ja vähentää niiden välistä kitkaa. Se muodostaa suspension öljyssä ja vähentää kitkaa kahden liikkuvan osan välillä. Grafiitti toimii tällä tavoin voiteluaineena lämpötilaan 787 celsiusastetta (1450 astetta Fahrenheit) ja tarttumisenestomateriaalina korkeintaan 1 315 astetta (2399 astetta Fahrenheit). Grafiitti on yleinen tulenkestävä materiaali, koska se kestää korkeita lämpötiloja muuttumatta kemiallisesti. Sitä käytetään valmistusprosesseissa aina teräksen ja lasinvalmistuksesta raudan jalostukseen. Se on myös asbestin korvike autojen jarrupäällysteissä.

Litiumioniakuissa on litiumkatodi ja grafiittianodi. Kun akku latautuu, positiivisesti varautuneet litiumionit elektrolyytissä - litiumsuolaliuos - kertyvät grafiittianodin ympärille. Litiumanodi tekisi tehokkaamman akun, mutta litium laajenee huomattavasti ladattaessa. Ajan myötä litiumkatodin pinta halkeilee, mikä aiheuttaa litiumionien poistumisen. Nämä puolestaan ​​muodostavat dendriitteiksi kutsuttuja kasvuja prosessissa, joka voi oikosuljuttaa akun.

Valssatut yksittäiset grafeenilevyt ovat 10 kertaa kevyempiä ja 100 kertaa vahvempia kuin teräs. Tällaista valssattua levyä kutsutaan myös grafeeniksi, ja tämä grafiitin johdannainen on maailman vahvin tunnistettu materiaali ja sitä on käytetty erittäin vahvojen, kevyiden urheilulajien tekemiseen laitteet. Sen korkea sähkönjohtavuus, heikko valon absorbanssi ja kemiallinen kestävyys tekevät siitä ihanteellisen materiaalin tulevaisuuteen sovellukset, mukaan lukien lääketieteelliset implantit, kuten keinosydämet, joustavat elektroniset laitteet ja lentokoneet osat.