Grafit ma wiele niemal sprzecznych zastosowań. Jest alotropem węgla i jednym z najdelikatniejszych minerałów na świecie, jego zastosowania sięgają od przyborów do pisania po smary. Można z niego zrobić cylinder o grubości jednego atomu grafenu, który jest super wytrzymałym materiałem stosowanym w sprzęcie sportowym. Grafit może zachowywać się jak metal i przewodzić prąd, ale także jako niemetal odporny na wysokie temperatury.
Struktura krystaliczna
Grafit występuje naturalnie w postaci płatków i żył w szczelinach skalnych lub jako amorficzne bryły. Podstawową strukturą krystaliczną grafitu jest płaska warstwa silnie związanych atomów węgla w heksagonalnych komórkach. Nazywane grafenami, arkusze te układają się jeden na drugim, tworząc objętość, ale pionowe wiązania między arkuszami są bardzo słabe. Słabość tych pionowych wiązań umożliwia rozszczepianie arkuszy i ślizganie się po sobie. Jeśli jednak arkusz grafenowy zostanie wyrównany i zwinięty w poziomie, uzyskany materiał jest 100 razy mocniejszy niż stal.
Pisanie i materiały artystyczne
Ołówki „ołówkowe” są wykonane z mieszanki gliny i grafitu. Luźno posiekane płatki grafitu znaczą papier, a glina pełni funkcję spoiwa. Im wyższa zawartość grafitu w rdzeniu, tym bardziej miękki ołówek i ciemniejszy jego ślad. W tak zwanych ołówkach nie ma ołowiu. Nazwa powstała w Europie, kiedy grafit nazywano „plumbago” lub „czarnym ołowiem” ze względu na jego metaliczny wygląd. Użycie grafitu jako znacznika datuje się na XVI wiek w północnej Anglii, gdzie lokalna legenda głosi, że pasterze używali nowo odkrytego złoża grafitu do znakowania owiec.
Smary i materiały ogniotrwałe
Grafit reaguje z atmosferyczną parą wodną, tworząc cienką warstwę na sąsiadujących powierzchniach i zmniejszając tarcie między nimi. Tworzy zawieszenie w oleju i zmniejsza tarcie między dwiema ruchomymi częściami. Grafit działa w ten sposób jako smar do temperatury 787 stopni Celsjusza (1450 stopni Fahrenheita) oraz jako materiał przeciwzatarciowy do 1315 stopni Celsjusza (2399 stopni Fahrenheita). Grafit jest powszechnym materiałem ogniotrwałym, ponieważ wytrzymuje wysokie temperatury bez zmian chemicznych. Znajduje zastosowanie w procesach produkcyjnych, począwszy od produkcji stali i szkła, a skończywszy na obróbce żelaza. Jest również substytutem azbestu w okładzinach hamulcowych samochodów.
Baterie litowo-jonowe
Akumulatory litowo-jonowe mają katodę litową i anodę grafitową. Podczas ładowania akumulatora dodatnio naładowane jony litu w elektrolicie – roztworze soli litu – gromadzą się wokół anody grafitowej. Anoda litowa byłaby mocniejszą baterią, ale lit znacznie rozszerza się po naładowaniu. Z biegiem czasu powierzchnia katody litowej pęka, co powoduje ucieczkę jonów litu. Te z kolei tworzą narośle zwane dendrytami w procesie, który może spowodować zwarcie baterii.
Technologia grafenu
Walcowane pojedyncze arkusze grafenowe są 10 razy lżejsze, a także 100 razy mocniejsze od stali. Taki walcowany arkusz nazywany jest również grafenem, a ta pochodna grafitu jest światową najsilniejszy zidentyfikowany materiał i został użyty do wykonania super wytrzymałych, lekkich sportów ekwipunek. Jego wysoka przewodność elektryczna, niska absorbcja światła i odporność chemiczna sprawiają, że jest to idealny materiał na przyszłość zastosowania, m.in. w implantach medycznych, takich jak sztuczne serca, elastyczne urządzenia elektroniczne i samoloty Części.
