Quais são os usos do grafite?

O grafite tem uma grande variedade de usos quase contraditórios. Um alótropo de carbono e um dos minerais mais suaves do mundo, seus usos variam de instrumentos de escrita a lubrificantes. Pode ser transformado em um cilindro de grafeno com um átomo de espessura, um material super resistente usado em equipamentos esportivos. O grafite pode se comportar como um metal e conduzir eletricidade, mas também como um não metal que resiste a altas temperaturas.

O grafite ocorre naturalmente como flocos e veios dentro de fraturas de rocha ou como protuberâncias amorfas. A estrutura cristalina básica da grafite é uma folha plana de átomos de carbono fortemente ligados em células hexagonais. Chamados de grafenos, essas folhas são empilhadas umas sobre as outras para criar volume, mas as ligações verticais entre as folhas são muito fracas. A fraqueza dessas ligações verticais permite que as folhas se partam e deslizem umas sobre as outras. No entanto, se uma folha de grafeno for alinhada e enrolada horizontalmente, o material resultante é 100 vezes mais forte do que o aço.

Os núcleos dos lápis de “chumbo” são feitos de uma mistura de argila e grafite. Flocos de grafite frouxamente clivados marcam o papel, e a argila atua como um material de ligação. Quanto maior o conteúdo de grafite do núcleo, mais macio é o lápis e mais escuro é o seu traço. Não há chumbo nos chamados lápis de chumbo. O nome teve origem na Europa, quando o grafite era denominado “plumbago” ou “chumbo preto” devido à sua aparência metálica. O uso da grafite como marcador data do século 16 no norte da Inglaterra, onde a lenda local afirma que os pastores usaram um depósito de grafite recém-descoberto para marcar ovelhas.

O grafite reage com o vapor de água atmosférico para depositar uma película fina sobre qualquer superfície adjacente e reduz o atrito entre elas. Ele forma uma suspensão em óleo e diminui o atrito entre duas partes móveis. O grafite funciona desta forma como um lubrificante até uma temperatura de 787 graus Celsius (1.450 graus Fahrenheit) e como um material anti-gripagem a até 1.315 graus Celsius (2.399 graus Fahrenheit). O grafite é um material refratário comum porque resiste a altas temperaturas sem sofrer alterações químicas. É usado em processos de fabricação que vão desde a fabricação de aço e vidro até o processamento de ferro. É também um substituto do amianto nas lonas de freio de automóveis.

As baterias de íons de lítio têm um cátodo de lítio e um ânodo de grafite. Conforme a bateria é carregada, íons de lítio carregados positivamente no eletrólito - uma solução de sal de lítio - se acumulam ao redor do ânodo de grafite. Um ânodo de lítio faria uma bateria mais potente, mas o lítio se expande consideravelmente quando carregado. Com o tempo, a superfície do cátodo de lítio racha, fazendo com que os íons de lítio escapem. Estes, por sua vez, formam crescimentos chamados dendritos em um processo que pode causar um curto-circuito na bateria.

As folhas laminadas de grafeno simples são 10 vezes mais leves e 100 vezes mais resistentes do que o aço. Tal folha enrolada também é conhecida como grafeno, e este derivado do grafite é o material identificado mais forte e tem sido usado para fazer esportes super-resistentes e leves equipamento. Sua alta condutividade elétrica, baixa absorção de luz e resistência química tornam-no um material ideal para o futuro aplicações, incluindo em implantes médicos, como corações artificiais, dispositivos eletrônicos flexíveis e aeronaves partes.