La grafite ha una grande varietà di usi quasi contraddittori. Un allotropo di carbonio e uno dei minerali più morbidi del mondo, i suoi usi spaziano dagli strumenti di scrittura ai lubrificanti. Può essere trasformato in un cilindro di grafene dello spessore di un atomo che è un materiale super resistente utilizzato nelle attrezzature sportive. La grafite può comportarsi come un metallo e condurre l'elettricità ma anche come un metallo che resiste alle alte temperature.

Struttura cristallina

La grafite si presenta naturalmente come fiocchi e vene all'interno delle fratture rocciose o come noduli amorfi. La struttura cristallina di base della grafite è un foglio piatto di atomi di carbonio fortemente legati in celle esagonali. Chiamati grafeni, questi fogli si impilano uno sopra l'altro per creare volume, ma i legami verticali tra i fogli sono molto deboli. La debolezza di questi legami verticali consente ai fogli di fendere e scivolare uno sull'altro. Tuttavia, se un foglio di grafene è allineato e arrotolato orizzontalmente, il materiale risultante è 100 volte più resistente dell'acciaio.

Materiali per scrittura e artisti

I nuclei di matita "piombo" sono costituiti da una miscela di argilla e grafite. Fiocchi di grafite scagliati liberamente segnano la carta e l'argilla funge da materiale legante. Più alto è il contenuto di grafite del nucleo, più morbida è la matita e più scura è la sua traccia. Non c'è piombo in quelle che sono note come matite di piombo. Il nome è nato in Europa quando la grafite era chiamata "plumbago" o "piombo nero" a causa del suo aspetto metallico. L'uso della grafite come marcatore risale al XVI secolo nel nord dell'Inghilterra, dove la leggenda locale afferma che i pastori usavano un deposito di grafite appena scoperto per contrassegnare le pecore.

Lubrificanti e Refrattari

La grafite reagisce con l'acqua atmosferica vapore per depositare un film sottile su qualsiasi superficie adiacente e riduce l'attrito tra di loro. Forma una sospensione nell'olio e riduce l'attrito tra due parti mobili. La grafite funziona in questo modo come lubrificante fino a una temperatura di 787 gradi Celsius (1.450 gradi Fahrenheit) e come materiale antigrippaggio fino a 1.315 gradi Celsius (2.399 gradi Fahrenheit). La grafite è un materiale refrattario comune perché resiste alle alte temperature senza cambiare chimicamente. È utilizzato nei processi di produzione che vanno dalla lavorazione dell'acciaio e del vetro alla lavorazione del ferro. È anche un sostituto dell'amianto nelle guarnizioni dei freni delle automobili.

Batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio hanno un catodo di litio e un anodo di grafite. Mentre la batteria si carica, gli ioni di litio caricati positivamente nell'elettrolito - una soluzione di sale di litio - si accumulano intorno all'anodo di grafite. Un anodo di litio renderebbe una batteria più potente, ma il litio si espande considerevolmente quando è carico. Nel corso del tempo, la superficie del catodo di litio si rompe, causando la fuga di ioni di litio. Questi a loro volta formano crescite chiamate dendriti in un processo che può cortocircuitare la batteria.

Tecnologia di grafene

I fogli di grafene singoli laminati sono 10 volte più leggeri e 100 volte più resistenti dell'acciaio. Tale foglio laminato viene anche chiamato grafene, e questo derivato della grafite è il materiale identificato più forte del mondo ed è stato usato per fabbricare attrezzature sportive super-resistenti e leggere. La sua elevata conduttività elettrica, bassa assorbanza della luce e resistenza chimica ne fanno un materiale ideale per applicazioni future, anche in impianti medici come cuori artificiali, dispositivi elettronici flessibili e parti di aeromobili.