O grafite possui uma grande variedade de usos quase contraditórios. Alótropo de carbono e um dos minerais mais suaves do mundo, seus usos variam de instrumentos de escrita a lubrificantes. Ele pode ser transformado em um cilindro de grafeno com um átomo de espessura, que é um material de alta resistência usado em equipamentos esportivos. A grafite pode se comportar como um metal e conduzir eletricidade, mas também como um não-metal que resiste a altas temperaturas.
Estrutura cristalina
A grafite ocorre naturalmente como flocos e veias nas fraturas de rochas ou como pedaços amorfos. A estrutura cristalina básica da grafite é uma folha plana de átomos de carbono fortemente ligados em células hexagonais. Chamadas 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 grudem e deslizem umas sobre as outras. No entanto, se uma folha de grafeno é alinhada e enrolada horizontalmente, o material resultante é 100 vezes mais forte que o aço.
Materiais de escrita e artistas
Os núcleos de lápis "chumbo" são feitos de uma mistura de argila e grafite . Flocos de grafite fracamente cortados marcam o papel e a argila atua como um material de ligação. Quanto maior o conteúdo de grafite do núcleo, mais suave é o lápis e mais escuro é o traço. Não há chumbo no que é conhecido como lápis de chumbo. O nome se originou na Europa quando a grafite foi chamada de "plumbago" ou "chumbo preto" devido à sua aparência metálica. O uso da grafite como marcador data do século XVI no norte da Inglaterra, onde a lenda local afirma que os pastores usaram um depósito de grafite recentemente descoberto para marcar ovelhas.
Lubrificantes e refratários
A grafite reage com o vapor de água atmosférico para depositar um filme fino sobre superfícies adjacentes e reduz o atrito entre elas. Forma uma suspensão no óleo e reduz o atrito entre duas partes móveis. A grafite funciona dessa maneira como um lubrificante até uma temperatura de 787 graus Celsius (1.450 graus Fahrenheit) e como um material anti-gripante em até 1.315 graus Celsius (2.399 graus Fahrenheit). A grafite é um material refratário comum, pois suporta altas temperaturas sem mudar quimicamente. É usado em processos de fabricação que variam de fabricação de aço e vidro ao processamento de ferro. É também um substituto do amianto nas lonas de freio de automóveis.
Baterias de íon de lítio
As baterias de íon de lítio têm um cátodo de lítio e um ânodo de grafite. À medida que a bateria é carregada, íons de lítio com carga positiva no eletrólito - uma solução de sal de lítio - se acumulam em torno do ânodo de grafite. Um ânodo de lítio produziria uma bateria mais poderosa, mas o lítio se expande consideravelmente quando carregado. Com o tempo, a superfície do cátodo de lítio fica rachada, causando a fuga de íons de lítio. Estes, por sua vez, formam crescimentos chamados dendritos, em um processo que pode causar um curto-circuito na bateria.
Tecnologia de grafeno
As folhas de grafeno laminadas são 10 vezes mais leves e 100 vezes mais fortes que o aço. Essa folha laminada também é conhecida como grafeno, e esse derivado da grafite é o material mais forte identificado no mundo e foi usado para fabricar equipamentos esportivos leves e super-resistentes. Sua alta condutividade elétrica, baixa absorvância de luz e resistência química o tornam um material ideal para aplicações futuras, inclusive em implantes médicos, como corações artificiais, dispositivos eletrônicos flexíveis e peças de aeronaves.
