گرافیت طبیعی یکی از آلوترپ‌های کربن است که در ساختار این ماده، عنصر غالب کربن بوده و دارای نظم کریستالوگرافی سه بعدی با دامنه بلند است. این ماده، دارای ساختاری لایه لایه بوده که همین موضوع، باعث لغزنده شدن صفحات گرافیت روی یکدیگر می‌شود. به دلیل این خاصیت (لغزندگی) از این ماده، می‌توان برای کارهایی مانند روغن کاری و روان کاری در صنایع مختلف استفاده کرد. گرافیت طبیعی دارای انواع مختلفی است که هر یک از این نوع گرافیت‌ها، خواص و ویژگی‌های خاص خود را دارند. در ادامه قصد داریم اطلاعات کامل و جامعی در خصوص گرافیت طبیعی و انواع آن در اختیار شما قرار دهیم.
معرفی گرافیت طبیعی و خصوصیات آن
گرافیت طبیعی که از سنگ گرافیت به وجود می‌آید، یکی از عناصر موجود در طبیعت است که به طور جداگانه از سایر عناصر، در طبیعت به فراوانی یافت می‌شود. ناگفته نماند که گاهی اوقات، گرافیت طبیعی ممکن است دارای سرب یا سولفید مولیبدن باشد. در واقع گرافیت یکی از آلوتروپ‌های کربن است که این موضوع، در سال ۱۸۸۵ و توسط بورید به اثبات رسید. در ادامه به بررسی مهم‌ترین خواص گرافیت طبیعی می‌پردازیم.
- بین لایه‌های گرافیت، پیوندهای بسیار ضعیفی وجود دارد، که همین موضوع باعث لغزندگی صفحات کریستالی روی هم می‌شود.
- گرافیت به دلیل دارا بودن صفحات لغزنده، بافتی بسیار نرم دارد.
- سطح گرافیت کدر است.
- گرافیت طبیعی دانسیته پایینی دارد.
- در دمای محیط، گرافیت طبیعی دارای پایداری شیمیایی است و تغییر حالت نمی‌دهد.
- در مقابل فرسایش محیط، تاثیرناپذیر است.
- ضریب اصطکاکی پایینی دارد.
- دارای ضریب انبساطی پایینی است.
- گرافیت طبیعی علاوه بر اینکه رسانایی الکتریکی بالایی دارد، رسانایی حرارتی بالایی هم دارد.
علاوه بر ویژگی‌ها و خصوصیت‌هایی که برای گرافیت طبیعی ذکر کردیم، این ماده، دارای حالت روغنی نیز هست و انواع مختلفی دارد.
انواع گرافیت طبیعی
به طور کلی می‌توان گفت گرافیت‌های طبیعی در سه نوع وجود دارند که شامل موارد زیر می‌شوند.
- گرافیت پوسته‌ای
گرافیت پوسته‌ای از گرافن به وجود می‌آید که گرافن، یک لایه بسیار نازک از گرافیت است. تشکیل شبکه‌ای گرافن، برگرفته از اتم‌های کربن بوده که این نوع گرافیت، دارای خاصیت‌ها و ویژگی‌های بارزی مانند رسانای برق، حرارت بالا و استحکام مکانیکی بالا است. همچنین گرافیت پوسته‌ای، نفوذپذیری بسیار بالایی در مقابل گازها دارد. گرافیت پوسته‌ای به دلیل اینکه از گرافن ساخته شده، نسبت به دیگر مواد، از برتری بالایی برخوردار است. گرافن به کار رفته در گرافیت پوسته‌ای، بسیار سبک بوده و به همین دلیل، می‌تواند مانند لایه‌ای روی سطوح مختلف قرار بگیرد. یکی از ویژگی‌های بارز این نوع از گرافیت، مقاومت بسیار بالای آن‌ها در برابر شوک‌های حرارتی است.
- گرافیت کریستالی یا بلورین
گرافیت بلورین از دو لایه گرافن ساخته شده که در هر یک از این لایه‌ها، یک سطح گرافن به صورت تک لایه وجود دارد. دو لایه گرافنی که در گرافیت‌های بلورین وجود دارند، به طور کاملا مستقل و جدا از هم قرار دارند و به همین دلیل بین این دو لایه، فاصله وجود دارد. همانطور که گفتیم، گرافیت پوسته‌ای، یک لایه گرافن دارد و دارای خاصیت نیمه فلزی است، اما این نوع گرافیت (گرافیت بلورین)، چون بین دو لایه از گرافن تداخل‌دار وجود دارد، کاملا دارای خاصیت نیمه رسانایی است و می‌تواند باعث هدایت برق شود. نکته دیگری که در رابطه با گرافیت کریستالی وجود دارد، این است که این نوع گرافیت، در کاربردهای الکترونیکی و فوتونیکی کاربردهای فراوانی دارد. در واقع، این نوع گرافیت، دارای نقاط نیمه فوقانی مجازی است که ممکن است این نقاط، ویژگی‌هایی مثل اثر هال و اثر شبه زمینه را به همراه داشته باشند که همین موضوع باعث کارایی آن‌ها در صنایع می‌شود.
- گرافیت آمورف
قبل از توضیح دادن در مورد این نوع گرافیت طبیعی، باید بگوییم که منظور از آمورف، یعنی اندازه کوچک کریستالها، در واقع یعنی به قدری این کریستالها ریز هستند که نمی‌توان آن‌ها را مشاهده کرد. از این نوع گرافیت برای محصولاتی که سطح پایینی دارند، استفاده می‌شود. قیمت این نوع گرافیت، نسبت به بقیه گرافیت‌ها پایین‌تر بوده و برای محصولاتی مثل مداد، لنت ترمز، مواد افزودنی به لاستیک و روغن روانکاری از این نوع گرافیت استفاده می‌شود.
رنگ گرافیت آمورف، تیره و به رنگ مشکی نزدیک است. همچنین کشورهایی مانند چین، مکزیک و آمریکا دارای بیشترین ذخایر گرافیت آمورف در دنیا هستند. در حالت غیر تصفیه، گرافیت آمورف، بین ۲۰_۴۰ درصد خلوص دارد و بعد از تصفیه به ۷۰-۸۰ درصد می‌رسد.
موارد ذکر شده در بالا سه نوع از پرمصرف‌ترین و پرکاربردترین گرافیت‌های طبیعی هستند که در بسیاری از صنایع کاربرد دارند و در ادامه به بررسی کاربردهای این ماده می‌پردازیم.
کاربردهای گرافیت طبیعی چیست؟
از مهم‌ترین کاربردهای گرافیت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- صنایع رنگ و آستر
یکی از کاربردهای گرافیت در صنایع رنگ و آستر است که رنگدانه‌های گرافیتی دارای خاصیت پوشانندگی فوق العاده‌ای هستند. همچنین به دلیل دارا بودن ساختار ورقه‌ای گرافیت‌ها، قدرت گسترش رنگ بالایی هم دارند. از طرفی رنگ‌های گرافیتی، نسبت به نفوذ آب مقاوم هستند و به دلیل قدرت چسبندگی بالایی که نسبت به فلزات دارند، باعث افزایش چسبندگی رنگ به سطوح می‌شوند. از گرافیت برای رنگ کردن اسکلت‌های فولادی، به عنوان ضد زنگ نیز استفاده می‌شود.
- روغن کاری و کاهش اصطکاک
گرافیت دارای خاصیت روانکاری بالایی است که از این ماده برای جلوگیری از اصطکاک در دستگاه‌های صنعتی استفاده می‌شود. گاهی اوقات علاوه بر گرافیت از روغن نیز برای روانکاری دستگاه‌ها استفاده می‌شود. همچنین علاوه بر روغن، از مواد دیگری مانند سرب، نقره، ایندیم، قلع، الماس، برخی از فلوریدها برای روانکاری برخی دستگاه‌ها استفاده می‌شود؛ چرا که در برخی از کاربردها، کریستال‌های لایه لایه گرافیت و روغن، کافی نیستند. در فشرده سازی هوا، بلبرینگ، اتصالات سرعت ثابت، قفل‌ها و… از گرافیت به همراه افزودنی‌های ذکر شده برای روانکاری استفاده می‌شود.
- مغز مداد
می‌توان گفت بیشترین کاربرد گرافیت که اتفاقا بیشترین استفاده هم در زندگی روزمره دارد، ساخت مغز مداد است. در ترکیب مغز مداد، علاوه بر گرافیت آمورف از خاک رس نیز استفاده می‌شود که در اثر ترکیب گرافیت نرم و خاک رس خشک، ترکیبی با قابلیت اثرگذاری روی کاغذ، به نام مغز مداد ایجاد می‌شود.
- صنایع متالوژی و الکترونیک
برای تولید برنج، مس و مفرغ در صنایع تولیدی فلزات، به بوته‌های نسوز نیاز دارند که معمولا جنس این بوته‌های نسوز از گرافیت است. علاوه بر این کاربرد، در صنعت ذوب، از الکترودهای گرافیتی در متالوژی استفاده می‌شود. همچنین گرافیت در دستگاه‌های تایپ الکترونیکی، باتری‌ها، سیستم‌های مخابره‌ای، سیستم‌های سوئیچینگ و سیستم‌های رادار کاربرد دارد.
- تسلیحات نظامی
شاید برایتان جالب باشد که در ساخت بمب‌ها از زغال نرم یا همان گرافیت استفاده می‌شود که وزن آن‌ها حدود ۴۵۰ کیلوگرم است که صرفه اقتصادی نیز دارد. لازم به ذکر است که از بمب‌های گرافیتی برای کار انداختن نیروگاه‌ها و تاسیسات برقی استفاده می‌شود. موارد ذکر شده همگی جزو کاربردهای گرافیت طبیعی است که در صنایع مختلف، از آن‌ها استفاده می‌شود. همچنین لازم به یادآوری است که علاوه بر گرافیت طبیعی و مصنوعی که نوعی دسته بندی برای این ماده است، نوعی دسته بندی دیگر برای گرافیت وجود دارد که در دو دسته گرافیت کم سولفور و پرسولفور وجود دارند. در آنالیز گرافیت این دو ماه، درصد وجود هر یک از مواد تشکیل دهنده، به سولفور بستگی دارد.
کلام نهایی
گرافیت طبیعی یکی از آلوتروپ‌های کربن است که در انواع مختلفی وجود دارد. هر یک از این نوع‌ها، به سبب ساختار متفاوتی که دارند، ویژگی‌ها و کاربردهای متنوعی نیز دارند. از گرافیت، در انواع صنایع از جمله رنگ و آستر، متالوژی، روغن‌کاری و بسیاری از موارد دیگر استفاده می‌شود. مسلما برای اینکه کیفیت محصولات تولید شده از گرافیت بالا باشد، باید از گرافیت بسیار مرغوب استفاده شده باشد که می‌توانید این ماده را از مجموعه تجارتگرام در بهترین قیمت و بالاترین کیفیت تهیه نمایید.
