Grafitstrukturer

Grafitstrukturer är kristallina uppbyggnader av kol där atomerna bildar lager av hexagonala nätverk, ofta kallade grafen i varje lager. Inom planen är bindningarna starka kovalenta (sp2-hybridisering), medan lagren hålls samman av svaga van der Waals-krafter. Denna uppbyggnad ger grafit en tydlig anisotropi i egenskaperna: hög elektrisk och termisk ledningsförmåga inom lagren men låg ledningsförmåga mellan dem, samt god smörjande förmåga när lagren glider mot varandra.

Den mest förekommande kristallformen är hexagonal grafit med AB- eller 2H-stackning av grafenlager. Andra varianter är rombohedrisk 3R-grafit och turbostratiskt grafit där lagren är mer oordnade eller roterade i förhållande till varandra. Interkalationsföreningar inför främmande ämnen mellan skikten och ändrar materialets elektroniska och kemiska egenskaper.

Grafit förekommer naturligt i många mineraler och bildas vanligtvis under hög temperatur och tryck i metamorf bergartsmiljöer. Syntetiskt grafit tillverkas i industriell skala genom högeffektiva processer som upphettning av kolrika material eller genom kemisk ångdeposition (CVD), där kristallinitet och antalet skikt kan kontrolleras.

Användningar av grafit är breda: som smörjmedel och som material som tål höga temperaturer, som elektrodmaterial i batterier och elektrolytdelar, samt i olika industriella applikationer där god elektrisk eller termisk ledning krävs. Grafitens struktur och graden av ordning mellan lagren styr dess mekaniska och elektriska egenskaper och därmed dess tillämpningar.