La grafite ha un'ampia varietà di usi quasi contraddittori. Un allotropo di carbonio e uno dei minerali più morbidi al mondo, i suoi usi spaziano dagli strumenti per scrivere ai lubrificanti. Può essere trasformato in un cilindro di grafene dello spessore di un atomo, un materiale super resistente utilizzato nelle attrezzature sportive. La grafite può comportarsi come un metallo e condurre elettricità ma anche come un non metallo che resiste alle alte temperature.
Struttura cristallina
La grafite si presenta naturalmente come scaglie e vene all'interno di fratture della roccia o come grumi amorfi. La struttura cristallina di base della grafite è un foglio piatto di atomi di carbonio fortemente legati in celle esagonali. Chiamati grafene, questi fogli si impilano uno sopra l'altro per creare volume, ma i legami verticali tra i fogli sono molto deboli. La debolezza di questi legami verticali consente ai fogli di fendersi e scivolare l'uno sull'altro. Tuttavia, se un foglio di grafene viene allineato e arrotolato orizzontalmente, il materiale risultante è 100 volte più resistente dell'acciaio.
Scrittura e materiali per artisti
I nuclei delle matite "piombo" sono costituiti da una miscela di argilla e grafite. Fiocchi di grafite sciolti segnano la carta e l'argilla funge da materiale legante. Maggiore è il contenuto di grafite del nucleo, più morbida è la matita e più scura è la sua traccia. Non c'è piombo nelle cosiddette matite di piombo. Il nome ha origine in Europa quando la grafite era chiamata "plumbago" o "piombo nero" per il suo aspetto metallico. L'uso della grafite come indicatore risale al XVI secolo nell'Inghilterra settentrionale, dove la leggenda locale afferma che i pastori usavano un deposito di grafite appena scoperto per contrassegnare le pecore.
Lubrificanti e refrattari
La grafite reagisce con il vapore acqueo atmosferico per depositare una sottile pellicola su tutte le superfici adiacenti e riduce l'attrito tra di esse. Forma una sospensione in olio e riduce l'attrito tra due parti in movimento. La grafite funziona in questo modo come lubrificante fino a una temperatura di 787 gradi Celsius (1.450 gradi Fahrenheit) e come materiale antigrippaggio fino a 1.315 gradi Celsius (2.399 gradi Fahrenheit). La grafite è un materiale refrattario comune perché resiste alle alte temperature senza cambiare chimicamente. Viene utilizzato nei processi di produzione che vanno dalla produzione di acciaio e vetro alla lavorazione del ferro. È anche un sostituto dell'amianto nelle guarnizioni dei freni delle automobili.
Batterie agli ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio hanno un catodo di litio e un anodo di grafite. Mentre la batteria si carica, gli ioni di litio caricati positivamente nell'elettrolita, una soluzione di sale di litio, si accumulano attorno all'anodo di grafite. Un anodo al litio renderebbe una batteria più potente, ma il litio si espande notevolmente quando viene caricato. Nel tempo, la superficie del catodo di litio si incrina, causando la fuoriuscita di ioni di litio. Questi a loro volta formano escrescenze chiamate dendriti in un processo che può cortocircuitare la batteria.
Tecnologia del grafene
I fogli singoli di grafene arrotolati sono 10 volte più leggeri e 100 volte più resistenti dell'acciaio. Un tale foglio arrotolato viene anche chiamato grafene e questo derivato della grafite è il più famoso del mondo materiale identificato più forte ed è stato utilizzato per realizzare sport super resistenti e leggeri attrezzatura. La sua elevata conduttività elettrica, bassa capacità di assorbimento della luce e resistenza chimica lo rendono un materiale ideale per il futuro applicazioni, anche in impianti medici come cuori artificiali, dispositivi elettronici flessibili e aeromobili parti.