Grafit har ett brett utbud av nästan motsägelsefulla användningsområden. En allotrop av kol och en av världens mjukaste mineraler, dess användningsområden sträcker sig från att skriva redskap till smörjmedel. Det kan göras till en en-atom tjock cylinder av grafen som är ett superstyrkt material som används i sportutrustning. Grafit kan uppträda som en metall och leda elektricitet, men också som en icke-metall som motstår höga temperaturer.
Kristallinstruktur
Grafit förekommer naturligt som flingor och vener i bergfrakturer eller som amorfa klumpar. Grafitens grundläggande kristallina struktur är ett platt ark starkt bundna kolatomer i hexagonala celler. Kallade grafer, dessa ark staplar över varandra för att skapa volym, men de vertikala bindningarna mellan arken är mycket svaga. Svagheten i dessa vertikala bindningar gör att arken kan klyva och glida över varandra. Om ett grafenark är inriktat och rullat horisontellt är det resulterande materialet 100 gånger starkare än stål.
Skriv och konstnärsmaterial
Blypennkärnor är gjorda av en blandning av lera och grafit. Löst klyvda grafitflingor markerar papperet, och leran fungerar som ett bindemedel. Ju högre grafitinnehållet i kärnan är desto mjukare pennan och desto mörkare är dess spår. Det finns ingen bly i vad som kallas blypennor. Namnet har sitt ursprung i Europa när grafit kallades "plumbago" eller "svart bly" på grund av dess metalliska utseende. Grafit används som en markör från 1500-talet i norra England, där den lokala legenden säger att herdar använde en nyupptäckt grafitpengar för att markera får.
Smörjmedel och eldfasta
Grafit reagerar med atmosfäriskt vatten ånga för att lägga en tunn film över alla angränsande 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 (1,450 grader Fahrenheit) och som ett antisegmentmaterial på upp till 1315 grader Celsius (2,399 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 stål och glas till järnbearbetning. Det är också ett asbestbyte i bilbromsbeläggningar.
Litiumjonbatterier
Lithium-ionbatterier har en litiumkatod och en grafitanod. När batteriet laddas, laddas positivt laddade litiumjoner i elektrolyten - en litiumsaltlösning - kring grafitanoden. En litiumanod skulle göra ett kraftfullare batteri, men litium expanderar betydligt när den laddas. Med tiden blir litiumkatodens yta sprickad, vilket leder till att litiumjoner flyr. Dessa i sin tur bildar tillväxter som kallas dendriter i en process som kan kortsluta batteriet.
Grafenteknik
Valsade enkla grafenark är 10 gånger ljusare och 100 gånger starkare än stål. Ett sådant rullat ark kallas även som grafen, och detta derivat av grafit är världens starkaste identifierade material och har använts för att göra superstyrkt och lätt sportutrustning. Den höga elektriska ledningsförmågan, lågljusabsorbansen och kemisk resistens gör det till ett idealiskt material för framtida tillämpningar, bland annat i medicinska implantat som artificiella hjärtan, flexibla elektroniska enheter och flygplansdelar.
