Graphite heeft een breed scala aan bijna tegenstrijdige gebruiken. Een allotrope koolstof en een van 's werelds zachtste mineralen, het gebruik varieert van schrijfgerei tot smeermiddelen. Het kan worden gemaakt in een één-atomige cilinder van grafeen, een supersterk materiaal dat wordt gebruikt in sportuitrusting. Grafiet kan zich gedragen als een metaal en elektriciteit geleiden, maar ook als een niet-metaal dat bestand is tegen hoge temperaturen.

Kristallijne structuur

Grafiet komt van nature voor als vlokken en aders in rotsfracturen of als amorfe klonten. De basiskristallijne structuur van grafiet is een vlakke plaat van sterk gebonden koolstofatomen in hexagonale cellen. Genaamd graphenes, deze vellen stapelen zich boven elkaar om volume te creëren, maar de verticale bindingen tussen de bladen zijn erg zwak. De zwakte van deze verticale bindingen maakt het mogelijk dat de vellen splijten en over elkaar glijden. Als een grafeenvel echter horizontaal wordt uitgelijnd en gerold, is het resulterende materiaal 100 keer sterker dan staal.

Schrijven en materiaal voor kunstenaars

De potloodkern 'Lead' is gemaakt van een mengsel van klei en grafiet. Losjes gespleten grafietvlokken markeren het papier en de klei werkt als een bindmateriaal. Hoe hoger het grafietgehalte van de kern, hoe zachter het potlood en hoe donkerder het spoor. Er is geen voorsprong in wat bekend staat als loodpotloden. De naam is ontstaan ​​in Europa toen grafiet "plumbago" of "black lead" werd genoemd vanwege zijn metaalachtige uiterlijk. Grafiet gebruikt als een marker dateert uit de 16e eeuw in het noorden van Engeland, waar de lokale legende zegt dat herders een nieuw gevonden grafietafzetting gebruikten om schapen te markeren.

Smeermiddelen en vuurvaste producten

Grafiet reageert met atmosferisch water damp om een ​​dunne film over eventuele aangrenzende oppervlakken af ​​te zetten en vermindert de wrijving daartussen. Het vormt een suspensie in olie en vermindert wrijving tussen twee bewegende delen. Grafiet werkt op deze manier als een smeermiddel tot een temperatuur van 787 graden Celsius (1.450 graden Fahrenheit) en als een anti-vastleggingsmateriaal bij maximaal 1.315 graden Celsius (2.399 graden Fahrenheit). Grafiet is een veel gebruikt vuurvast materiaal omdat het bestand is tegen hoge temperaturen zonder chemisch te veranderen. Het wordt gebruikt in productieprocessen variërend van staal- en glasproductie tot ijzerverwerking. Het is ook een asbestvervanger in remvoeringen voor auto's.

Lithium-ionbatterijen

Lithium-ionbatterijen hebben een lithium-kathode en een grafietanode. Terwijl de batterij wordt opgeladen, hopen positief geladen lithiumionen in de elektrolyt - een lithiumzoutoplossing - zich op rond de grafietanode. Een lithiumanode zou een krachtiger batterij zijn, maar lithium breidt aanzienlijk uit wanneer deze wordt opgeladen. Na verloop van tijd wordt het oppervlak van de lithiumkathode gebarsten, waardoor lithiumionen ontsnappen. Deze vormen op hun beurt gezwellen genaamd dendrieten in een proces dat de batterij kan kortsluiten.

Grafeentechnologie

Gewalste enkelvoudige grafeenvellen zijn 10 keer lichter, evenals 100 keer sterker dan staal. Zo'n opgerolde plaat wordt ook wel grafeen genoemd en deze afgeleide van grafiet is 's werelds sterkste geïdentificeerde materiaal en is gebruikt om supersterke, lichtgewicht sportuitrusting te maken. Zijn hoge elektrische geleidbaarheid, lage lichtabsorptie en chemische weerstand maken het een ideaal materiaal voor toekomstige toepassingen, inclusief medische implantaten zoals kunstmatige harten, flexibele elektronische apparaten en vliegtuigonderdelen.