Vad är användningen av grafit?

Grafit har ett brett utbud av nästan motstridiga användningsområden. En allotrop av kol och en av världens mjukaste mineraler, dess användning sträcker sig från skrivredskap till smörjmedel. Det kan göras till en en-atom tjock cylinder av grafen som är ett superstyrka material som används i sportutrustning. Grafit kan bete sig som en metall och leda elektricitet men också som en icke-metall som motstår höga temperaturer.

Grafit förekommer naturligt som flingor och vener i bergfrakturer eller som amorfa klumpar. Den grundläggande kristallina strukturen för grafit är ett platt ark med starkt bundna kolatomer i sexkantiga celler. Kallade diagram, dessa ark staplas ovanför varandra för att skapa volym, men de vertikala bindningarna mellan arken är mycket svaga. Svagheten hos dessa vertikala bindningar gör att arken kan klyvas och glida över varandra. Men om ett grafenark är inriktat och rullat horisontellt är det resulterande materialet 100 gånger starkare än stål.

"Bly" pennkärnor är gjorda av en blandning av lera och grafit. Löst klyvda grafitflingor markerar papperet och leran fungerar som ett bindande material. Ju högre kärnans grafitinnehåll är, desto mjukare blir pennan och desto mörkare blir dess spår. Det finns inget bly i så kallade blyblyanter. Namnet har sitt ursprung i Europa när grafit kallades "plumbago" eller "svart bly" på grund av dess metalliska utseende. Grafitens användning som markör är från 1500-talet i norra England, där den lokala legenden säger att herdar använde en nyligen upptäckt grafitavsättning för att markera får.

Grafit reagerar med atmosfärisk vattenånga för att avsätta en tunn film över alla intilliggande ytor och minskar friktionen mellan dem. Det bildar en suspension i olja och sänker friktionen mellan två rörliga delar. Grafit fungerar på detta sätt som ett smörjmedel upp till en temperatur av 787 grader Celsius (1450 grader Fahrenheit) och som ett antiknippningsmaterial vid upp till 1315 grader Celsius (2399 grader Fahrenheit). Grafit är ett vanligt eldfast material eftersom det tål höga temperaturer utan att förändras kemiskt. Den används i tillverkningsprocesser som sträcker sig från tillverkning av stål och glas till bearbetning av järn. Det är också en asbestersättning i bilbromsbelägg.

Litiumjonbatterier har en litiumkatod och en grafitanod. När batteriet laddas ackumuleras positivt laddade litiumjoner i elektrolyten - en litiumsaltlösning - runt grafitanoden. En litiumanod skulle göra ett kraftfullare batteri, men litium expanderar avsevärt när det laddas. Med tiden spricker litiumkatodens yta och får litiumjoner att fly. Dessa bildar i sin tur tillväxter som kallas dendriter i en process som kan kortsluta batteriet.

Valsade enkla grafenark är tio gånger lättare och 100 gånger starkare än stål. Ett sådant valsat ark kallas också grafen, och detta derivat av grafit är världens starkaste identifierade materialet och har använts för att göra superstyrka, lätta sporter Utrustning. Dess höga elektriska ledningsförmåga, låga ljusabsorbans och kemiska resistens gör det till ett idealiskt material för framtiden applikationer, inklusive medicinska implantat som konstgjorda hjärtan, flexibla elektroniska enheter och flygplan delar.