تطبيق الجرافين

1. مع الاختراق التدريجي للإنتاج الضخم والمشاكل الكبيرة الحجم ، تتسارع وتيرة التطبيق الصناعي للجرافين. بناءً على نتائج البحث الحالية ، قد تكون التطبيقات التجارية الأولى هي الأجهزة المحمولة والفضاء والطاقة الجديدة. حقل البطارية. الجرافين البحثي الأساسي له أهمية خاصة للبحث الأساسي في الفيزياء. إنه يمكّن بعض التأثيرات الكمومية التي لا يمكن إظهارها إلا من الناحية النظرية من قبل من قبل من خلال التجارب.

2. في الجرافين ثنائي الأبعاد ، يبدو أن كتلة الإلكترونات غير موجودة. هذه الخاصية تجعل الجرافين مسألة مكثفة نادرة يمكن استخدامها لدراسة ميكانيكا الكم النسبية - يجب أن تتحرك الجسيمات التي لا تحتوي على كتلة على سرعة الضوء ، لذلك ، يجب أن يتم وصفها بواسطة ميكانيكا الكم النسبية ، والتي توفر لعلماء الفيزياء النظريين على اتجاه بحث جديد: بعض التجارب التي تحتاج في الأصل أن يتم تنفيذها في مساحات الجسيمات العملاقة. تعد أشباه الموصلات ذات الفجوة في الطاقة Zero هي الجرافين أحادي الطبقة بشكل أساسي ، وسيؤثر هذا الهيكل الإلكتروني بشكل خطير على دور جزيئات الغاز على سطحه. بالمقارنة مع الجرافيت السائبة ، تظهر وظيفة الجرافين أحادي الطبقة لتعزيز نشاط تفاعل السطح من خلال نتائج هدرجة الجرافين وتفاعلات الأكسدة ، مما يشير إلى أن البنية الإلكترونية للجرافين يمكن أن تعدل النشاط السطحي.

3. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تغيير التركيب الإلكتروني للجرافين في المقابل عن طريق تحريض امتصاص جزيء الغاز ، والذي لا يغير فقط تركيز الناقلات ، ولكن يمكن أيضًا مخدره باستخدام الرسوم البيانية المختلفة. يمكن تحويل الجرافين المستشعر إلى مستشعر كيميائي. يتم إكمال هذه العملية بشكل أساسي من خلال أداء الامتزاز السطحي للجرافين. وفقًا لبحث بعض العلماء ، يمكن مقارنة حساسية أجهزة الكشف الكيميائية للجرافين مع حد الكشف عن جزيء واحد. بنية الجرافين الفريدة ثنائية الأبعاد تجعلها حساسة للغاية للبيئة المحيطة. الجرافين هو مادة مثالية لأجهزة الاستشعار الكهروكيميائية. المستشعرات المصنوعة من الجرافين لها حساسية جيدة للكشف عن الدوبامين والجلوكوز في الطب. يمكن استخدام الجرافين الترانزستور لصنع الترانزستورات. نظرًا للاستقرار العالي لهيكل الجرافين ، لا يزال هذا النوع من الترانزستور يعمل بشكل ثابت على مقياس ذرة واحدة.

4. على النقيض من ذلك ، ستفقد الترانزستورات الحالية المستندة إلى السيليكون استقرارها على مقياس حوالي 10 نانومترات ؛ إن سرعة التفاعل فائقة السرعة للإلكترونات في الجرافين إلى الحقل الخارجي تجعل الترانزستورات المصنوعة منه يمكن أن تصل إلى تردد تشغيل مرتفع للغاية. على سبيل المثال ، أعلنت شركة IBM في فبراير 2010 أنها ستزيد من تردد تشغيل ترانزستورات الجرافين إلى 100 جيجاهرتز ، مما يتجاوز ترانزستورات السيليكون من نفس الحجم. شاشة مرنة اجتذبت الشاشة القابلة للانحناء الكثير من الاهتمام في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية ، وأصبحت اتجاه تطوير شاشات العرض المرنة لشاشات الجهاز المحمول في المستقبل.

5. السوق المستقبلية للعرض المرن واسع ، واحتمال الجرافين كمواد أساسية واعدة أيضًا. أنتج الباحثون في كوريا الجنوبية لأول مرة شاشة شفافة مرنة تتألف من طبقات متعددة من الجرافين وركيزة ورقة بوليستر الألياف الزجاجية. قام باحثون من جامعة كوريا الجنوبية Samsung و Sungkyunkwan بتصنيع قطعة من الجرافين النقي بحجم تلفزيون على لوحة بوليستر زجاجية شفافة بعرض 63 سم. قالوا إن هذا هو إلى حد بعيد أكبر كتلة الجرافين "بالجملة". بعد ذلك ، استخدموا كتلة الجرافين لإنشاء شاشة تعمل باللمس المرنة.

6. قال الباحثون إنه من الناحية النظرية ، يمكن للناس أن يلفوا هواتفهم الذكية ويثبتونها خلف أذنيهم مثل قلم رصاص. بطاريات الطاقة الجديدة بطاريات طاقة جديدة هي أيضًا مجال مهم من أقدم استخدام تجاري للجرافين. قام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة بتطوير ألواح كهروضوئية مرنة مع مقاطع نانو للجرافين على السطح ، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكلفة تصنيع الخلايا الشمسية الشفافة والقابلة للتشوه. يمكن استخدام هذه البطاريات في نظارات الرؤية الليلية والكاميرات والكاميرات الرقمية الصغيرة الأخرى. التطبيق في الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، قام البحث والتطوير الناجحين لبطاريات الجرافين سوبر بحل مشاكل السعة غير الكافية ووقت الشحن الطويل لبطاريات مركبات الطاقة الجديدة ، مما أسرع بشكل كبير من تطوير صناعة بطاريات الطاقة الجديدة.

7. هذه السلسلة من نتائج البحث مهدت الطريق لتطبيق الجرافين في صناعة بطارية الطاقة الجديدة. يتم استخدام مرشحات الجرافين تحلية المياه أكثر من تقنيات تحلية المياه الأخرى. بعد أن يكون فيلم أكسيد الجرافين في بيئة الماء على اتصال وثيق بالماء ، يمكن تشكيل قناة بعرض حوالي 0.9 نانومتر ، ويمكن أن تمر أيونات أو جزيئات أصغر من هذا الحجم بسرعة. يتم ضغط حجم القنوات الشعرية في فيلم الجرافين بوسائل ميكانيكية ، ويتم التحكم في حجم المسام ، والذي يمكنه تصفية الملح في مياه البحر بكفاءة. يتمتع الجرافين بتخزين الهيدروجين بمزايا الوزن الخفيف والاستقرار الكيميائي العالي ومساحة سطح محددة عالية ، مما يجعله أفضل مرشح لمواد تخزين الهيدروجين. نظرًا لخصائص الموصلية العالية ، والقوة العالية ، والإضاءة الفائقة والرقيقة في الفضاء ، فإن مزايا تطبيق الجرافين في الفضاء والصناعة العسكرية بارزة للغاية.

8. في عام 2014 ، طورت وكالة ناسا في الولايات المتحدة مستشعر الجرافين المستخدم في مجال الفضاء ، والذي يمكنه اكتشاف عناصر النزرة في الغلاف الجوي على ارتفاع الأرض والعيوب الهيكلية على المركبة الفضائية. ستلعب الجرافين أيضًا دورًا أكثر أهمية في التطبيقات المحتملة مثل مواد الطائرات الفائقة. العنصر الحساس للضوء هو نوع جديد من العناصر الحساسة للضوء باستخدام الجرافين كمواد للعنصر الحساس للضوء. من خلال هيكل خاص ، من المتوقع أن يزيد من القدرة الحساسة للضوء بآلاف المرات مقارنة مع CMOs الحالية أو CCD ، واستهلاك الطاقة هو فقط 10 ٪ من الأصل. يمكن استخدامه في مجال الشاشات والتصوير الأقمار الصناعية ، ويمكن استخدامه في الكاميرات والهواتف الذكية ، إلخ لقد أظهروا أداءً ممتازًا في مجالات تخزين الطاقة ، والأجهزة البلورية السائلة ، والأجهزة الإلكترونية ، والمواد البيولوجية ، ومواد الاستشعار ، وشركات المحفز ، ولها مجموعة واسعة من آفاق التطبيق.

9. في الوقت الحاضر ، يركز البحث عن مركبات الجرافين بشكل أساسي على مركبات بوليمر الجرافين والمركبات النانوية غير العضوية القائمة على الجرافين. مع تعميق أبحاث الجرافين ، فإن تطبيق تعزيزات الجرافين في المركبات المعدنية بالمعادن السائبة يولي الناس المزيد والمزيد من الاهتمام. تعزز مركبات البوليمر متعددة الوظائف والمواد الخزفية المسامية عالية القوة المصنوعة من الجرافين العديد من الخصائص الخاصة للمواد المركبة. يتم استخدام السيرة الذاتية لتسريع التمايز العظمي للخلايا الجذعية الوسيطة النخاع العظمي ، ويستخدم أيضًا لصنع أجهزة الاستشعار الحيوية من الجرافين الفوقي على كربيد السيليكون. في الوقت نفسه ، يمكن استخدام الجرافين كقطب كهربائي أعصاب دون تغيير أو تدمير الخصائص مثل قوة الإشارة أو تكوين أنسجة الندبة. نظرًا لمرونتها وتوافقها الحيوي والتوصيل ، فإن أقطاب الجرافين أكثر استقرارًا في الجسم الحي من أقطاب التنغستن أو السيليكون. أكسيد الجرافين فعال للغاية في تثبيط نمو E. coli دون الإضرار بالخلايا البشرية.