Than chì là gì?
Than chì (graphite) là một trong ba dạng thù hình của carbon, hai dạng còn lại là kim cương và than. Than chì được cho là một trong những dạng carbon tinh thể tự nhiên. Nó thường được hình thành khi carbon tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cao trong lớp vỏ trái đất.
Than chì tự nhiên được tìm thấy ở các mỏ quặng khi khai thác than. Than chì nhân tạo thường được chế tạo từ than cốc dầu mỏ. Than chì khá nhờn và mềm, dễ tách ra ngay cả khi chịu áp lực nhẹ, có trọng lượng riêng thấp. Khoáng chất này có màu đen, đôi khi màu xám, để lại cặn đen trên tay khi chạm vào.
Ưu điểm của than chì là chịu được nhiệt độ cực cao, nhiệt độ nóng chảy của chúng lên đến 3.800 độ C. Than chì là chất dẫn điện, dẫn nhiệt tuyệt vời. Một đặc điểm quan trọng khác của than chì là nó trơ về mặt hóa học, nghĩa là nó không bị ăn mòn bởi phần lớn acid và dung môi hữu cơ.
10 ví dụ điển hình về ứng dụng của than chì
Than chì không chỉ thành phần chính trong ruột bút chì mà còn có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp điện và các ngành công nghiệp khác.
1) Bút chì
Ứng dụng phổ biến nhất của than chì mà hầu hết mọi người đều biết, đó là làm ruột bút chì. Ruột chì (không liên quan gì đến nguyên tố kim loại chì) được làm từ hỗn hợp đất sét và than chì ở dạng vô định hình. Hàm lượng than chì trong lõi càng cao thì bút chì càng mềm, nét vẽ càng đậm. Từ graphite có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, về cơ bản có nghĩa là “viết”.
2) Pin lithium-ion
Hầu hết sản phẩm pin trên thị trường đều có thành phần than chì. Nhờ khả năng dẫn điện tuyệt vời, than chì là vật liệu phổ biến và tiết kiệm chi phí nhất để làm cực dương (anode) cho pin ion. Trong pin lithium-ion, cực âm (cathode) có thành phần chính là lithium, cực dương (anode) có thành phần chính là than chì. Pin lithium-ion thường sử dụng trong điện thoại thông minh, các thiết bị điện, hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời, cùng nhiều ứng dụng khác.
3) Lò phản ứng hạt nhân
Trong lò phản ứng hạt nhân, phản ứng phân hạch là quá trình phân tách hạt nhân của các nguyên tử (thường là uranium) để giải phóng các neutron, sinh ra năng lượng. Quá trình này diễn ra mang tính dây chuyền và liên tục. Trong phản ứng phân hạch, hầu hết neutron được giải phóng ngay lập tức, nhưng một số bị làm chậm lại. Điều này rất quan trọng, giúp kiểm soát được các phản ứng và giữ được chính xác trạng thái tới hạn của lò phản ứng. Than chì chính là vật liệu dùng làm chất làm chậm trong một số kiểu lò phản ứng, nó làm giảm tốc độ của neutron, duy trì ổn định phản ứng hạt nhân.
4) Điện cực than chì
Ý nghĩa lớn nhất của than chì tổng hợp chính là sản xuất điện cực than chì. Điện cực than chì được sử dụng trong lò hồ quang điện để sản xuất sắt, thép, kim loại màu. Than chì dạng vảy tinh thể được sử dụng trong sản xuất điện cực carbon, chổi than, thanh carbon… Những thứ này đều cần thiết trong ngành công nghiệp điện, cũng như trong pin khô.
5) Vật liệu chịu lửa
Vật liệu chịu lửa là ứng dụng lớn thứ hai của than chì sau điện cực. Than chì có nhiệt độ nóng chảy lên đến 3.800 độ C nên chúng chịu nhiệt rất tốt và độ ổn định cơ học ở nhiệt độ cao. Chúng chủ yếu dành cho thiết lập môi trường nhiệt độ cao như lò nung, lò đốt, lò phản ứng, khuôn đúc, nồi nấu kim loại. Điều này cần thiết trong các quy trình sản xuất sắt, thép, thủy tinh... làm cho các sản phẩm tăng độ chịu nhiệt, giảm sự giãn nở, tăng tuổi thọ của sản phẩm.
6) Tấm graphene
Các tấm graphene cán mỏng làm từ than chì, được biết là nhẹ hơn 10 lần nhưng cũng mạnh hơn 100 lần so với thép. Dẫn xuất này của than chì này được sử dụng để chế tạo thiết bị thể thao vì nó kết hợp với các lớp vật liệu khác để tăng thêm sức mạnh, bền, nhẹ, chắc chắn của sản phẩm.
7) Chất bôi trơn
Cấu trúc nguyên tử độc đáo của than chì khiến nó phù hợp dùng làm chất bôi trơn trong thương mại và công nghiệp. Than chì bao gồm các lớp riêng biệt, liên kết yếu với nhau để các lớp trượt qua nhau, dễ dàng lắng đọng trên bề mặt tiếp xúc. Cấu trúc này giúp than chì có mức ma sát rất thấp. Người ta sử dụng than chì làm chất bôi trơn khô trên bề mặt của các động cơ, máy móc có tải trọng nặng. Mục đích của việc này là giảm thiểu các va chạm giữa các bộ phận khi có tần suất làm việc cao.
8) Chất chống thấm
Than chì có khả năng chống thấm tốt nên thường dùng là lớp phủ bảo vệ cho gỗ và các bề mặt khác. Nhiều nhà sản xuất sử dụng than chì làm thành phần trong các dung dịch chống thấm. Dạng bột của than chì cũng được sử dụng trong sơn. Nếu bạn từng bắt gặp các loại sơn bảo vệ tường thì có thể sẽ tìm thấy than chì trong đó. Các nhà sản xuất trộn than chì dạng bột vào sơn để tạo ra lớp bảo vệ cho tường.
9) Tái carbon hóa
Than chì dưới dạng phụ gia carbon được đưa vào một số loại sắt, thép khi ở dạng lỏng nóng chảy để giúp sắt, thép tăng hàm lượng carbon, cải thiện hiệu suất cuối cùng. Quá trình bổ sung carbon được gọi là tái carbon hóa hoặc tăng carbon, thấm carbon. Thuật ngữ tái carbon hóa còn có ý nghĩa chuyên môn là bổ sung carbon bị mất trong quá trình sản xuất.
10) Hình dạng than chì
Than chì có thể dễ dàng gia công thành nhiều hình dạng khác nhau. Hình dạng than chì là thuật ngữ chung để mô tả các sản phẩm than chì rắn, có hình dạng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, thường là trong các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như các ngành như ô tô, điện tử, máy móc công nghiệp, hàng không vũ trụ.
