Aplicació del grafè

1. Amb l'avenç gradual de la producció en massa i els problemes de gran mida, el ritme d'aplicació industrial del grafè s'està accelerant. A partir dels resultats de la investigació existent, les primeres aplicacions comercials poden ser dispositius mòbils, aeroespacial i noves energies. Camp de bateria. Investigació bàsica El grafè té una importància especial per a la investigació bàsica en física. Permet alguns efectes quàntics que només es poden demostrar teòricament abans que es puguin verificar mitjançant experiments.

2. En el grafè bidimensional, la massa dels electrons sembla inexistent. Aquesta propietat fa que el grafè sigui una matèria condensada poc freqüent que es pot utilitzar per estudiar la mecànica quàntica relativista, perquè les partícules sense massa s'han de moure a la velocitat de la llum. Per tant, ha de ser descrit per la mecànica quàntica relativista, que proporciona als físics teòrics una nova direcció de recerca: alguns Els experiments que originalment s'havien de dur a terme en acceleradors de partícules gegants es poden dur a terme amb grafè en petits laboratoris. Els semiconductors de bretxa d'energia zero són principalment grafè d'una sola capa, i aquesta estructura electrònica afectarà seriosament el paper de les molècules de gas a la seva superfície. En comparació amb el grafit a granel, la funció del grafè d'una sola capa per millorar l'activitat de la reacció superficial es mostra pels resultats de les reaccions d'hidrogenació i oxidació del grafè, cosa que indica que l'estructura electrònica del grafè pot modular l'activitat superficial.

3. A més, l'estructura electrònica del grafè es pot modificar corresponentment mitjançant la inducció de l'adsorció de molècules de gas, que no només canvia la concentració de portadors, sinó que també es pot dopar amb diferents grafès. El grafè del sensor es pot convertir en un sensor químic. Aquest procés es completa principalment amb el rendiment d'adsorció superficial del grafè. Segons la investigació d'alguns estudiosos, la sensibilitat dels detectors químics de grafè es pot comparar amb el límit de detecció de molècules individuals. L'estructura bidimensional única del grafè el fa molt sensible a l'entorn circumdant. El grafè és un material ideal per als biosensors electroquímics. Els sensors fets de grafè tenen una bona sensibilitat per detectar la dopamina i la glucosa en medicina. El grafè de transistors es pot utilitzar per fabricar transistors. A causa de l'alta estabilitat de l'estructura del grafè, aquest tipus de transistor encara pot funcionar de manera estable a l'escala d'un sol àtom.

4. En canvi, els actuals transistors basats en silici perdran la seva estabilitat a l'escala d'uns 10 nanòmetres; la velocitat de reacció ultra ràpida dels electrons del grafè al camp extern fa que els transistors fets amb ell puguin arribar a una freqüència de funcionament molt alta. Per exemple, IBM va anunciar el febrer de 2010 que augmentaria la freqüència de funcionament dels transistors de grafè a 100 GHz, que supera la dels transistors de silici de la mateixa mida. Pantalla flexible La pantalla flexible va cridar molta atenció al Consumer Electronics Show i s'ha convertit en la tendència del desenvolupament de pantalles flexibles per a pantalles de dispositius mòbils en el futur.

5. El mercat futur de la pantalla flexible és ampli, i la perspectiva del grafè com a material bàsic també és prometedora. Els investigadors de Corea del Sud han produït per primera vegada una pantalla transparent flexible composta per múltiples capes de grafè i un substrat de làmina de polièster de fibra de vidre. Investigadors de la Samsung de Corea del Sud i la Universitat Sungkyunkwan han fabricat una peça de grafè pur de la mida d'un televisor sobre una placa de polièster de fibra de vidre transparent flexible de 63 cm d'ample. Van dir que aquest és, amb diferència, el bloc de grafè "a granel" més gran. Posteriorment, van utilitzar el bloc de grafè per crear una pantalla tàctil flexible.

6. Els investigadors van dir que, en teoria, la gent pot enrotllar els seus telèfons intel·ligents i fixar-los darrere de les orelles com un llapis. Bateries de nova energia Les bateries de nova energia també són una àrea important de l'ús comercial més primerenc del grafè. L'Institut Tecnològic de Massachusetts dels Estats Units ha desenvolupat amb èxit panells fotovoltaics flexibles amb nano-recobriments de grafè a la superfície, que poden reduir considerablement el cost de fabricació de cèl·lules solars transparents i deformables. Aquestes bateries es poden utilitzar en ulleres de visió nocturna, càmeres i altres càmeres digitals petites. Aplicació al dispositiu. A més, l'èxit d'investigació i desenvolupament de les súper bateries de grafè també ha resolt els problemes de la capacitat insuficient i el temps de càrrega llarg de les bateries de vehicles d'energia nova, accelerant molt el desenvolupament de la indústria de les bateries de nova energia.

7. Aquesta sèrie de resultats de la investigació va obrir el camí per a l'aplicació del grafè a la indústria de les bateries d'energia nova. Els filtres de dessalinització de grafè s'utilitzen més que altres tecnologies de dessalinització. Després que la pel·lícula d'òxid de grafè a l'entorn aquàtic estigui en estret contacte amb l'aigua, es pot formar un canal amb una amplada d'uns 0,9 nanòmetres i ions o molècules més petites que aquesta mida poden passar ràpidament. La mida dels canals capil·lars de la pel·lícula de grafè es comprimeix encara més per mitjans mecànics i es controla la mida dels porus, cosa que pot filtrar de manera eficient la sal a l'aigua de mar. El grafè de material d'emmagatzematge d'hidrogen té els avantatges de pes lleuger, alta estabilitat química i gran superfície específica, el que el converteix en el millor candidat per a materials d'emmagatzematge d'hidrogen. A causa de les característiques d'alta conductivitat, alta resistència, ultralleuger i prim en aeroespacial, els avantatges d'aplicació del grafè a la indústria aeroespacial i militar també són extremadament destacats.

8. L'any 2014, la NASA als Estats Units va desenvolupar un sensor de grafè utilitzat en el camp aeroespacial, que pot detectar oligoelements a l'atmosfera a gran altitud de la Terra i defectes estructurals de les naus espacials. El grafè també tindrà un paper més important en aplicacions potencials com els materials d'avions ultralleugers. L'element fotosensible és un nou tipus d'element fotosensible que utilitza el grafè com a material de l'element fotosensible. Mitjançant una estructura especial, s'espera que augmenti la capacitat fotosensible milers de vegades en comparació amb el CMOS o CCD existent, i el consum d'energia només és del 10% de l'original. Es pot utilitzar en el camp dels monitors i la imatge per satèl·lit, i es pot utilitzar en càmeres, telèfons intel·ligents, etc. Materials compostos Els materials compostos basats en grafè són una direcció important de recerca en el camp de les aplicacions del grafè. Han demostrat un excel·lent rendiment en els camps de l'emmagatzematge d'energia, dispositius de cristall líquid, dispositius electrònics, materials biològics, materials de detecció i portadors de catalitzadors, i tenen una àmplia gamma de perspectives d'aplicació.

9. Actualment, la investigació dels compostos de grafè se centra principalment en els compostos de polímers de grafè i nanocomposites inorgànics basats en grafè. Amb l'aprofundiment de la investigació sobre el grafè, l'aplicació de reforços de grafè en compostos basats en metalls a granel La gent està prestant cada cop més atenció. Els compostos polimèrics multifuncionals i els materials ceràmics porosos d'alta resistència fets de grafè milloren moltes propietats especials dels materials compostos. El biografè s'utilitza per accelerar la diferenciació osteogènica de les cèl·lules mare mesenquimals de la medul·la òssia humana i també s'utilitza per fabricar biosensors de grafè epitaxial sobre carbur de silici. Al mateix temps, el grafè es pot utilitzar com a elèctrode d'interfície nerviosa sense canviar ni destruir propietats com la força del senyal o la formació de teixit cicatricial. A causa de la seva flexibilitat, biocompatibilitat i conductivitat, els elèctrodes de grafè són molt més estables in vivo que els elèctrodes de tungstè o de silici. L'òxid de grafè és molt eficaç per inhibir el creixement d'E. coli sense danyar les cèl·lules humanes.