گرافیت و کاربرد‌ها
گرافیت؛ پرمصرف ترین آلوتروپ کربن
گرافیت از کلمه یونانی گرافین به معنای “کشیدن و نوشتن” آمده است. این ماده از کربن تشکیل شده و ماده‌ای بسیار نرم و سیاه رنگ است و اصلا سمی نیست. گرافیت و به طور کلی کربن‌ها از بقایای موجودات به دست می‌آیند. به صورت کلی مواد آلی و کربن که مد نظر ما در اینجاست عموما از تجزیه شدن بقایای بدن موجودات زنده و گیاهان تولید شده و در آن شرایط خاص به دست می‌آیند.
گرافیت مادۀ مهمی است. طبق آمار منتشر شده از بانک جهانی، نیاز به عرضۀ گرافیت تا سال 2050 میلادی 500 برابر بیشتر از میزان کنونی خواهد بود! اما چرا؟! کانی گرافیت در صنعت به دلیل خاصیت‌های ویژه این ماده بسیار متعدد است. نرمی، استحکام بالا، دوام، رسانای خوب الکتریسیته و … باعث شده تا از گرافیت در زمینه‌های مختلفی حتی در تسلیحات نظامی استفاده شود. رسانایی بالای الکتریکی و حرارتی، ثبات شیمیایی فوق العاده، بازدارندگی در برابر تابش و مقاومت فشاری بالا، تنها بخشی از خواصی است که گرافیت را به یکی از مهم‌ترین مواد گذشته، حال و آینده تبدیل کرده‌است!
ویژگی‌های گرافیت
گرافیک غالبا در دمای محیط پایدار و جامد است البته می‌توان در شرایط خاص از الماس گرافیک به دست آورد که اصلا منطقی نیست. گرافیت در شرایطی خاص و در فشار بسیار بالایی که فقط در عمق زمین یافت می‌شود، ممکن است به الماس تبدیل شود، اما این عمل به شدت سخت و زمان‌بر است.
گرافیت دارای مقاومت فشاری بسیار بالایی است و می‌تواند فشار‌های بالایی را تحمل کند. یک ویژگی دیگر و بسیار کاربردی گرافیت کم بودن اصطکاک آن است. این ماده علاوه بر مقاومت فشاری بالا، مقاومت حرارتی بالایی نیز دارد و می‌تواند تا ۴۵۰۰ درجه فارنهایت را تحمل کند. علاوه بر اینکه گرافیت ثبات شیمیایی دارد رسانای جریان الکتریکی و جریان حرارتی است. این ماده دارای بالاترین مقاومت طبیعی و سختی است و دارای بازدارندگی اشعه نیز هست. این ویژگی‌ها باعث شده که گرافیت کاربرد بسیار بالایی در صنعت داشته باشد. در ادامه با کاربرد کانی گرافیت در زندگی آشنا می‌شوید؛
کاربرد کانی گرافیت در صنعت
- در صنعت برای تولید برنج، مس و مفرغ نیازمند بوته‌های نسوز هستیم.
- برای این کار غالبا از بوته‌های گرافیتی نسوز، استفاده می‌شود. همچنین کاربرد الکترودهای گرافیتی در صنایع ذوب، یکی از مشخص ترین نمودهای اهمیت گرافیت در متالورژی است.
- برای جلوگیری از اصطکاک در دستگا‌های صنعتی از ترکیب روغن و گرافیت که بسیار مفید و کاربردی است استفاده می‌شود.
- این ماده در باتری ها، دستگاههای الکترونیکی (مخصوصا دستگاههای تایپ الکتریکی) کاربردهای زیادی دارد. همچنین کاربرد این ماده در ساخت سیستم های مخابره ای، سیستم های سوییچینگ و سیستم‌های رادار بسیار گسترده است.
- یکی دیگر از کاربردهای گرافیت که روزانه خیلی با آن سر و کار داریم در مغز مداد است. این ماده هنگامی که با خاک رس مخلوط می‌شود ترکیبی پدید می‌آید که در مغز مداد‌ها وجود دارد. روانی گرافیت و خشکی خاک رس وقتی مخلوط شود ماده‌ای پدید می‌آورد که قابلیت اثر انداختن روی کاغذ را امکان پذیر می‌کند. در نتیجه می‌توان در نوشتن از آن استفاده کرد.
صنایع رنگ و آستر
رنگدانه‌های گرافیت قدرت پوشانندگی بسیار خوبی دارند. ساختمان ورقهای توأم با سطح ویژۀ خاص این مواد سبب شده که قدرت گسترش بالایی در سطوح داشته باشند. این رنگدانه‌ها زمانی که در رنگ به کار می‌روند، لایه‌های آن ها به موازات سطح قرار گرفته و با یکدیگر تداخل می‌کنند.
از این رو رنگ‌های گرافیتی در مقابل نفوذ آب بسیار مقاوم هستند. همچنین گرافیت چسبندگی بالایی به فلزات دارد. بنابراین سبب افزایش چسبندگی رنگ به سطح می‌شود. این ماده در رنگ‌های تعمیراتی برای اسکلت‌های فولادی و همچنین آسترهای اولیه ضد خوردگی به کار می‌رود که در کاربرد دوم اغلب به صورت مخلوط با سرب قرمز استفاده می‌شود.
کاربرد کانی گرافیت در تسلیحات نظامی
زغال نرم که نام دیگر گرافیت است می‌تواند در ساخت بمب گرافیتی نیز استفاده شود. این نوع سلاح تسلیحاتی غیر کشنده و بمب نرم است. این نوع بمب‌ها که آسیب عمرانی ندارند در از کار انداختن نیروگا‌ها و تاسیسات برقی به کار گرفته می‌شوند و غیر کشنده هستند. در اواخر قرن نوزده ارتش آمریکا در یک تمرین نظامی از این بمب استفاده کرد و باعث قطعی برق منطقه مورد آزمایش و خاموشی کلی آن منطقه شد. این عملیات باعث گسترش این نوع بمب و پیشرفت آمریکا در ساخت آن گردید. اولین بار این بمب توسط امریکا در جنگ کوزوو که بین آمریکا و یوگوسلاوی بود که باعث قطعی برق بیش از دو سوم خاک یوگوسلاوی شد.
چرا و چگونه؟
گرافیت در برخی از راکتور‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، ولی اصلی‌ترین کاربرد کانی گرافیت در زمینه نظامی کاربرد آن در ساخت بمب‌های گرافیتی است. قوی بودن رسانایی برق گرافیت ویژگی است که در بمب‌ها مورد نظر است، به نحوی که گرافیت که از جنس کربن است با حلال‌های کربن حل شده و روی تجهیزات نیروگاه‌ها نشسته و باعث اتصالی و از کار افتادن نیروگاه‌ها می‌شود. این یعنی گرافیت مانند یک رسانا عمل می‌کند و باعث قطعی برق و خاموشی می‌گردد. در ضمن پاکسازی و فعال کردن دوباره نیروگاه‌ها نیز به چند ماه وقت دارد.
این نوع بمب‌ها وزنی معادل چهارصد و پنجاه کیلوگرم دارند و از لحاظ قیمتی بسیار ارزان و به صرفه هستند. تا به امروز تنها کشورهایی که از این نوع بمب تولید و استفاده می‌کنند، کره جنوبی و ایالات متحده آمریکاست. مراکز که بمب‌های گرافیتی مورد تهدید قرار می‌دهد عبارتند از:
نیروگاه‌های برقی و خطوط انتقال برق
سیستم‌های مخابره‌ای
سیستم‌های سوییچینگ
سیستم‌های رادار
تولید ورقهای گرافیتی مختلف
ورقهای گرافیتی بسیار بادوام‌‌تر، سبک‌تر و قوی‌تر از فلزات هستند. امروزه از ورقهای گرافیتی در تولید وسایل ورزشی محکم و بادوام مانند تجهیزات باشگاهی بدنسازی استفاده می‌شود. این ورق‌ها در اندازه‌های کوچک و بزرگ تولید شده و در موارد زیر نیز کاربرد دارند:
- ایمپلنت‌های پزشکی مانند پای مصنوی
- تولید قلب مصنوعی
- وسایل الکترونیکی انعطاف پذیر
- قطعات هواپیماب
- باتری‌های لیتیوم یون
