Hva er bruken av grafitt?

Grafitt har et bredt utvalg av nesten motstridende bruksområder. En allotrope av karbon og en av verdens mykeste mineraler, og dens bruksområde spenner fra skriveutstyr til smøremidler. Det kan gjøres til en atomtykk sylinder av grafen som er et superstyrke materiale som brukes i sportsutstyr. Grafitt kan oppføre seg som et metall og lede elektrisitet, men også som et ikke-metall som motstår høye temperaturer.

Grafitt forekommer naturlig som flak og vener i bergbrudd eller som amorfe klumper. Den grunnleggende krystallinske strukturen til grafitt er et flatt ark med sterkt bundet karbonatomer i sekskantede celler. Kalt grafen, disse arkene stabler over hverandre for å skape volum, men de vertikale bindingene mellom arkene er veldig svake. Svakheten ved disse vertikale bindingene gjør at arkene kan spaltes og gli over hverandre. Imidlertid, hvis et grafenark er justert og rullet vannrett, er det resulterende materialet 100 ganger sterkere enn stål.

"Bly" blyantkjerner er laget av en blanding av leire og grafitt. Løst spaltede grafittflak markerer papiret, og leiren fungerer som et bindende materiale. Jo høyere grafittinnholdet i kjernen, jo mykere blyant og jo mørkere spor. Det er ingen bly i det som kalles blyblyanter. Navnet stammer fra Europa da grafitt ble kalt “plumbago” eller “svart bly” på grunn av dets metalliske utseende. Grafittens bruk som markør stammer fra 1500-tallet i Nord-England, hvor den lokale legenden sier at gjeter brukte et nylig oppdaget grafittavleir for å merke sau.

Grafitt reagerer med atmosfærisk vanndamp for å avsette en tynn film over eventuelle tilstøtende overflater og reduserer friksjonen mellom dem. Det danner en suspensjon i olje og senker friksjonen mellom to bevegelige deler. Grafitt fungerer på denne måten som et smøremiddel opp til en temperatur på 787 grader Celsius (1450 grader Fahrenheit) og som et antibeslagsmateriale ved opp til 1.315 grader Celsius (2.399 grader Fahrenheit). Grafitt er et vanlig ildfast materiale fordi det tåler høye temperaturer uten å endre seg kjemisk. Den brukes i produksjonsprosesser som spenner fra stål- og glassproduksjon til jernprosessering. Det er også en asbesterstatning i bilbremsebelegg.

Litiumionbatterier har en litiumkatode og en grafittanode. Når batteriet lades, akkumuleres positivt ladede litiumioner i elektrolytten - en litiumsaltoppløsning - rundt grafittanoden. En litiumanode vil gi et kraftigere batteri, men litium utvides betydelig når det lades. Over tid blir overflaten av litiumkatoden sprukket og forårsaker at litiumioner slipper ut. Disse danner igjen vekster kalt dendritter i en prosess som kan kortslutte batteriet.

Valsede enkeltgrafenark er 10 ganger lettere, så vel som 100 ganger sterkere, enn stål. Et slikt rullet ark blir også referert til som grafen, og dette derivatet av grafitt er verdens sterkest identifiserte materialet og har blitt brukt til å lage superstyrke, lette sportsgrener utstyr. Den høye elektriske ledningsevnen, den lave lysabsorbansen og den kjemiske motstanden gjør det til et ideelt materiale for fremtiden applikasjoner, inkludert i medisinske implantater som kunstige hjerter, fleksible elektroniske enheter og fly deler.