گرافیت (Graphite) یک آلوتروپ کربن است، به این معنی که یک شکل کربن است که ساختار شیمیایی متفاوتی از سایر آلوتروپ‌های کربن مانند الماس دارد.
گرافیت از لایه‌های اتم‌های کربن تشکیل شده است که به صورت شش ضلعی به هم متصل شده‌اند. این لایه‌ها به راحتی روی یکدیگر بلغزانند، که باعث می‌شود گرافیت یک ماده نرم و روان باشد.
گرافیت همچنین یک رسانای الکتریسیته و گرما است.گرافیت به طور طبیعی در سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگون شده یافت می‌شود. همچنین می‌توان آن را از زغال سنگ، کک نفتی و سایر مواد کربنی تولید کرد.
گرافیت یک ماده مهم و با ارزش است که کاربردهای زیادی در زندگی روزمره و صنایع مختلف دارد.
کاربردهای گرافیت
در این مقاله از مجله رستگار صنعت گرافیت دارای طیف گسترده‌ای از کاربردها است، از جمله:
- ساخت مداد
- ساخت باتری‌ها
- استفاده به عنوان روان کننده
- استفاده در ساخت فولاد
- استفاده در ساخت وسایل نسوز
- استفاده در ساخت شیشه
- استفاده در ساخت گرافیت نانویی
گرافیت یک ماده مهم و با ارزش است که کاربردهای زیادی در زندگی روزمره و صنایع مختلف دارد.
کاربردهای خاص
در اینجا برخی از کاربردهای خاص گرافیت بر حسب تحقیقات رستگار صنعت آورده شده است:
- مداد: گرافیت به طور گسترده در ساخت مداد استفاده می‌شود. در واقع، نام گرافیت از کلمه یونانی “graphein” به معنای “نوشتن” گرفته شده است. گرافیت به عنوان ماده اصلی مغز مداد استفاده می‌شود.
- باتری‌ها: گرافیت به عنوان ماده آند در باتری‌های لیتیوم-یون استفاده می‌شود. گرافیت به دلیل ظرفیت بالای ذخیره انرژی و هدایت الکتریکی خوب، ماده مناسبی برای این کاربرد است.
- روان کننده: گرافیت به عنوان یک روان کننده عالی استفاده می‌شود. این به دلیل لایه‌های اتم‌های کربنی است که به راحتی روی یکدیگر می‌لغزند. گرافیت در انواع کاربردها از جمله روانکاری قالب‌های ریخته‌گری، روانکاری قطعات ماشین‌آلات و روانکاری مفاصل استفاده می‌شود.
- فولادسازی: گرافیت به عنوان یک افزودنی به فولاد استفاده می‌شود. این به بهبود خواص مکانیکی فولاد کمک می‌کند، مانند استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی.
- وسایل نسوز: گرافیت به دلیل مقاومت حرارتی بالای خود در ساخت وسایل نسوز استفاده می‌شود. گرافیت در ساخت کوره‌ها، لوله‌های حرارتی و سایر کاربردهای که در معرض دمای بالا هستند استفاده می‌شود.
- شیشه: گرافیت به عنوان یک افزودنی به شیشه استفاده می‌شود. این به بهبود خواص شیشه مانند مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر حرارت کمک می‌کند.
- گرافیت نانویی: گرافیت نانویی یک شکل گرافیت است که اتم‌های آن در مقیاس نانو سازماندهی شده‌اند. گرافیت نانویی دارای خواص منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای مختلف از جمله الکترونیک، کامپوزیت‌ها و پزشکی مناسب می‌سازد.
گرافیت نانویی
گرافیت نانویی شکلی از گرافیت است که اتم‌های آن در مقیاس نانو سازماندهی شده‌اند. گرافیت نانویی دارای خواص منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای مختلف از جمله الکترونیک، کامپوزیت‌ها و پزشکی مناسب می‌سازد.
گرافیت نانویی از تکه‌های کوچک گرافیت ساخته می‌شود که قطر آنها کمتر از 100 نانومتر است. این تکه‌ها می‌توانند به شکل‌های مختلف، از جمله ورقه‌ها، الیافی و نانولوله‌ها باشند.
در رستگار صنعت گرافیت نانویی دارای خواص زیر است:
- هدایت الکتریکی و گرمایی بالا: گرافیت نانویی یک رسانای الکتریسیته و گرما است. این به دلیل ساختار شش ضلعی اتم‌های کربن است که به راحتی الکترون‌ها را انتقال می‌دهند.
- مقاومت مکانیکی بالا: گرافیت نانویی یک ماده بسیار محکم و بادوام است. این به دلیل پیوندهای کووالانسی قوی بین اتم‌های کربن است.
- سطح ویژه بالا: گرافیت نانویی دارای سطح ویژه بالایی است. این به معنای این است که گرافیت نانویی دارای مساحت سطح زیادی در واحد حجم است. این ویژگی گرافیت نانویی را برای کاربردهای جذب و کاتالیز مناسب می‌سازد.
کاربردهای این نوع
گرافیت نانویی در رستگار صنعت دارای طیف گسترده‌ای از کاربردها است، از جمله:
- الکترونیک: گرافیت نانویی در ساخت ترانزیستورها، خازن‌ها و سایر اجزای الکترونیکی استفاده می‌شود.
- کامپوزیت‌ها: گرافیت نانویی به عنوان یک تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. این به بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها، مانند استحکام، سختی و مقاومت در برابر ضربه کمک می‌کند.
- پزشکی: گرافیت نانویی در پزشکی برای کاربردهای مختلفی مانند دارورسانی، تصویربرداری پزشکی و تشخیص بیماری استفاده می‌شود.
با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که کاربردهای جدیدی برای گرافیت نانویی نیز توسعه یابد.
گرافیت و ساخت مداد
گرافیت ماده اصلی مغز مداد است. گرافیت یک آلوتروپ کربن است که از لایه‌های اتم‌های کربن تشکیل شده است که به صورت شش ضلعی به هم متصل شده‌اند. این لایه‌ها به راحتی روی یکدیگر بلغزانند، که باعث می‌شود گرافیت یک ماده نرم و روان باشد. گرافیت همچنین یک رسانای الکتریسیته و گرما است.
برای ساخت مداد، گرافیت با خاک رس مخلوط می‌شود. خاک رس به گرافیت کمک می‌کند تا شکل خود را حفظ کند و از شکستن آن جلوگیری می‌کند. این مخلوط سپس در کوره‌ای با حرارت بالا پخته می‌شود.
پس از پخت، مخلوط به صورت یک استوانه فشرده می‌شود. این استوانه سپس در یک بدنه چوبی قرار می‌گیرد. سر مداد با یک پوشش پلاستیکی یا فلزی پوشانده می‌شود.
میزان گرافیت و خاک رس در مخلوط تعیین می‌کند که مداد چقدر سخت یا نرم باشد. مدادهای سخت‌تر حاوی درصد گرافیت بیشتری هستند، در حالی که مدادهای نرم‌تر حاوی درصد خاک رس بیشتری هستند.
مدادهای گرافیتی در انواع مختلفی از اندازه‌ها و شکل‌ها موجود هستند. مدادهای معمولی دارای یک بدنه چوبی هستند، اما مدادهای پلاستیکی و فلزی نیز موجود هستند. مدادهای رنگی نیز وجود دارند که از رنگ‌های پودری به جای گرافیت استفاده می‌کنند.
مدادها یک ابزار نوشتن و طراحی محبوب هستند که برای کاربردهای مختلفی از جمله مدرسه، دفتر و هنر استفاده می‌شوند.
گرافیت از کجا استخراج می شود؟
گرافیت به طور طبیعی در سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگون شده یافت می‌شود. همچنین می‌توان آن را از زغال سنگ، کک نفتی و سایر مواد کربنی تولید کرد.
منابع
گرافیت طبیعی در سنگ‌های آذرین، رسوبی و دگرگون شده یافت می‌شود. سنگ‌های آذرین که حاوی گرافیت هستند عبارتند از بازالت، گنیس و هورنفلس. سنگ‌های رسوبی که حاوی گرافیت هستند عبارتند از شیل، رس و لیتیت. سنگ‌های دگرگون شده که حاوی گرافیت هستند عبارتند از متاسیل و متامورفیسم.
فرآوری
گرافیت طبیعی معمولاً با روش‌های مکانیکی استخراج می‌شود. این روش‌ها شامل خرد کردن سنگ، شستشو و آسیاب کردن است. پس از خرد کردن و شستشو، گرافیت از سنگ جدا می‌شود.
گرافیت طبیعی سپس به صورت ورقه‌ای، دانه‌ای یا گرانولی پردازش می‌شود. ورقه‌های گرافیت برای کاربردهایی مانند ساخت مداد، روان کننده‌ها و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند. دانه‌های گرافیت برای کاربردهایی مانند ساخت باتری‌ها و الکترودهای فولادسازی استفاده می‌شوند. گرانول‌های گرافیت برای کاربردهایی مانند ساخت مواد نسوز و افزودنی‌های غذایی استفاده می‌شوند.
تولید
گرافیت مصنوعی با حرارت دادن مواد کربنی مانند زغال سنگ، کک نفتی و نفت کوره تولید می‌شود. این مواد در دمای بالا به گرافیت تبدیل می‌شوند.
گرافیت مصنوعی معمولاً با خلوص بالاتری نسبت به گرافیت طبیعی است. گرافیت مصنوعی برای کاربردهایی مانند ساخت الکترودهای باتری‌های لیتیوم-یون و لیزرهای دیود استفاده می‌شود.