Quelles sont les utilisations du graphite?

Le graphite a une grande variété d'utilisations presque contradictoires. Allotrope de carbone et l'un des minéraux les plus doux au monde, ses utilisations vont des instruments d'écriture aux lubrifiants. Il peut être transformé en un cylindre de graphène d'une épaisseur d'un atome, un matériau ultra-résistant utilisé dans les équipements sportifs. Le graphite peut se comporter comme un métal et conduire l'électricité mais aussi comme un non-métal résistant aux hautes températures.

Le graphite se présente naturellement sous forme de flocons et de veines dans les fractures rocheuses ou sous forme de morceaux amorphes. La structure cristalline de base du graphite est une feuille plate d'atomes de carbone fortement liés dans des cellules hexagonales. Appelées graphènes, ces feuilles s'empilent les unes sur les autres pour créer du volume, mais les liaisons verticales entre les feuilles sont très faibles. La faiblesse de ces liaisons verticales permet aux feuilles de se fendre et de glisser les unes sur les autres. Cependant, si une feuille de graphène est alignée et roulée horizontalement, le matériau résultant est 100 fois plus résistant que l'acier.

Les noyaux de crayons « plomb » sont constitués d'un mélange d'argile et de graphite. Des flocons de graphite lâchement clivés marquent le papier et l'argile agit comme un matériau de liaison. Plus la teneur en graphite du noyau est élevée, plus le crayon est doux et plus sa trace est foncée. Il n'y a pas de plomb dans ce qu'on appelle les crayons à mine. Le nom est originaire d'Europe lorsque le graphite était appelé « plumbago » ou « plomb noir » en raison de son aspect métallique. L'utilisation du graphite comme marqueur date du XVIe siècle dans le nord de l'Angleterre, où la légende locale affirme que les bergers utilisaient un gisement de graphite nouvellement découvert pour marquer les moutons.

Le graphite réagit avec la vapeur d'eau atmosphérique pour déposer un film mince sur toutes les surfaces adjacentes et réduit la friction entre elles. Il forme une suspension dans l'huile et réduit le frottement entre deux pièces mobiles. Le graphite fonctionne de cette manière comme lubrifiant jusqu'à une température de 787 degrés Celsius (1 450 degrés Fahrenheit) et comme matériau anti-grippage jusqu'à 1 315 degrés Celsius (2 399 degrés Fahrenheit). Le graphite est un matériau réfractaire courant car il résiste à des températures élevées sans changer chimiquement. Il est utilisé dans des processus de fabrication allant de la fabrication de l'acier et du verre à la transformation du fer. C'est également un substitut de l'amiante dans les garnitures de freins automobiles.

Les batteries lithium-ion ont une cathode au lithium et une anode en graphite. Au fur et à mesure que la batterie se charge, des ions lithium chargés positivement dans l'électrolyte - une solution de sel de lithium - s'accumulent autour de l'anode en graphite. Une anode au lithium ferait une batterie plus puissante, mais le lithium se dilate considérablement lorsqu'il est chargé. Au fil du temps, la surface de la cathode de lithium se fissure, provoquant la fuite des ions lithium. Ceux-ci forment à leur tour des excroissances appelées dendrites dans un processus qui peut court-circuiter la batterie.

Les feuilles de graphène simples laminées sont 10 fois plus légères et 100 fois plus résistantes que l'acier. Une telle feuille laminée est également appelée graphène, et ce dérivé du graphite est le matériau identifié le plus résistant et a été utilisé pour fabriquer des sports ultra-résistants et légers équipement. Sa conductivité électrique élevée, sa faible absorbance lumineuse et sa résistance chimique en font un matériau idéal pour l'avenir applications, y compris dans les implants médicaux tels que les cœurs artificiels, les appareils électroniques flexibles et les avions les pièces.