پودر گرافیت

ساختار گرافيت شامل صفحات لایه ای موازي با پيوندهاي تري گونال SP₂ است که به صورت شماتيکي در شکل 1 نشان داده شده است. دایره ها نشانگر اتم کربن هستند. هر اتم کربن در تماس با اتم مجاور قرار دارد.

انواع گرافیت

گرافيت در شکلهاي مختلفي یافت و با روش هاي متفاوتي نيز توليد مي شود. در حالت کلي دو نوع گرافيت وجود دارد:
الف) گرافيت طبيعي
ب) گرافيت مصنوعي (سنتزي)

گرافیت طبیعی

این نوع گرافيت به طور طبيعي کربن گرافيتي دارد. گرافيت طبيعي به طور قابل ملاحظه اي از لحاظ ميزان بلورینگي متفاوت است. از آنجایيکه گرافيت طبيعي (تجارتي) از معادن استخراج شده و معموال ً همراه با مواد معدني دیگر است؛ لذا استخراج این نوع گرافيت اغلب نيازمند حجم بالایي از فرایندهاي استخراج مانند فرایند شناورسازي کف به منظور تغليظ گرافيت است. گرافيت طبيعي هادي ممتاز حرارت و الکتریسيته است و در طيف وسيعي از دما پایدار است. همچنين گرافيت شدیداً نسوز است، به طوريکه دماي ذوب آن 3650 درجه سانتی گراد است.
گرافيت طبيعي به سه زیر شاخه تقسيم بندي مي شود:
1 .آمورف
2 .پوسته اي (فلسي)
3 .کریستالي یا بلورین

گرافیت مصنوعی

گرافيت مصنوعي از مواد اوليه کک و قير به دست مي آید. این نوع گرافيت خلوص بالایي دارد؛ ولي ميزان بلورینگي آن کمتر از گرافيت طبيعي است. اصولا دو نوع گرافيت مصنوعي وجود دارد: اولين نوع گرافيت مصنوعي الکتروگرافيت است که کربن خالص است و از عمليات حرارتي روي کک نفتي کلسينه و قير قطران زغال سنگ در کوره الکتریکي توليد مي شود. نوع دوم گرافيت مصنوعي است که از طریق حرارت دادن قير نفتي کلسينه در دماي 2800 درجه ي سانتيگراد به دست مي آید. تمام انواع گرافيت هاي مصنوعي چگالي پایين، تخلخل بالا و مقاومت الکتریکي بالایي دارند. تکنولوژي توليد مواد گرافيتي بيش از صد سال پيش آغاز شده است و تاکنون پيشرفت هاي زیادي کرده است؛ ولي تکنولوژي مواد کامپوزیت کربن ـ کربن مشخصه هاي مکانيکي و حرارتي بهتري از گرافيت دارند. گرافيت شبکه ي دوبعدي با sp هيبریداسيون اتمهاي کربن است، اتصاالت کوولانسي کربن، حلقه اي با شش اتم کربن ایجاد کرده که به صورت مسطح قرار گرفته و زوایاي هر پيوند کربني 120 درجه است.

خواص گرافیت

مواد گرافيتي عموماً ظاهر خاکستري سياه، تيره و براق دارند. گرافيت به طور ویژه با هم خواص فلزي و غيرفلزي دارد. این ماده انعطاف پذیر بوده؛ ولي االستيک نيست، همچنين هدایت الکتریکي و حرارتي بالایي داشته و نيز از لحاظ شيميایي خنثي بوده و مقاومت بالایي دارد. گرافيت قابليت جذب پرتو X را دارد به طوريکه این ویژگي باعث استفاده از گرافيت در صنایع هسته اي شده است. ترکيب ویژگيهاي غيرمعمولي گرافيت به علت ساختار کریستالي این ماده است، در ساختار کریستالي گرافيت، اتمهاي کربن هگزاگونال (شش گوشه) در سيستم هاي حلقه اي متراکم مسطح قرار گرفته اند، لایه ها به کمک نيروهاي ضعيف واندروالسي به صورت موازي با هم انباشته شده اند در صورتي که اتم هاي موجود در حلقه ها با پيوند کووالانسي به یکدیگر متصل شده اند. درجه ي بالاي ناهمسان گردي ناشي از وجود دو نوع کرنش پيوندي در جهت هاي کریستالوگرافي مختلف است. براي مثال توانایي گرافيت به جاي روان کننده ي فيلم جامد به علت وجود دو نوع پيوند شيميایي مختلف است، در واقع نيروهاي واندروالسي که اتصالات بين لایه هاي مجزا را کنترل مي کنند به لایه ها امکان لغزش بر روي یکدیگر را داده و باعث ایجاد روان کننده ي ایده آل مي شوند.

کاربرد گرافیت

از گرافیت بیشتر در ساخت وسایل نسوز، باتری‌ها، فولادسازی، گرافیت منبسط شده، آستر ترمزها، رویه نسوز قالب‌های ریخته گری به عنوان روانکار در کارخانه ذوب استفاده می‌شود.

علاوه بر این در باتری‌های لیتیوم-یونی (LIBs) که از سه قسمت اصلی شامل الکترود منفی (آند)، الکترولیت / جداکننده و الکترود مثبت (کاتد) تشکیل می‌شوند، از گرافیت به عنوان ماده آندی به طور گسترده استفاده می شود. گرافیت ظرفیت بالایی برای ذخیره یون های لیتیوم بین لایه های خود دارد.

همچنین پودر گرافیت پیش ماده تولید گرافیت حجیم شده (Expanded Graphite)، گرافن اکسید، گرافن، گرافن هیدروژل، فاز مکس و مکسین و … است.

پودر گرافیت به دلیل هدایت بالایی که دارد می تواند به عنوان عامل افزایش هدایت در ساخت الکترودهای ابرخازن و الکتروکاتالیست ها استفاده شود.