Anwendung von Graphen

1. Mit dem allmählichen Durchbruch der Massenproduktion und großformatigen Problemen beschleunigt sich das Tempo der industriellen Anwendung von Graphen. Basierend auf bestehenden Forschungsergebnissen könnten die ersten kommerziellen Anwendungen mobile Geräte, Luft- und Raumfahrt und neue Energien sein. Batteriefeld. Grundlagenforschung Graphen hat für die Grundlagenforschung der Physik eine besondere Bedeutung. Es ermöglicht einige Quanteneffekte, die nur theoretisch nachgewiesen werden können, bevor sie durch Experimente verifiziert werden können.

2. In zweidimensionalem Graphen scheint die Elektronenmasse nicht vorhanden zu sein. Diese Eigenschaft macht Graphen zu einer seltenen kondensierten Materie, die zur Untersuchung der relativistischen Quantenmechanik verwendet werden kann – da sich masselose Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen müssen. Daher muss es durch die relativistische Quantenmechanik beschrieben werden, die theoretischen Physikern eine neue Forschungsrichtung bietet: einige Experimente, die ursprünglich in riesigen Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden mussten, können mit Graphen in kleinen Laboren durchgeführt werden. Halbleiter mit Nullenergielücke bestehen hauptsächlich aus einschichtigem Graphen, und diese elektronische Struktur wird die Rolle der Gasmoleküle auf ihrer Oberfläche erheblich beeinflussen. Im Vergleich zu Massengraphit wird die Funktion von einschichtigem Graphen zur Verbesserung der Oberflächenreaktionsaktivität durch die Ergebnisse von Graphen-Hydrierungs- und Oxidationsreaktionen gezeigt, was darauf hindeutet, dass die elektronische Struktur von Graphen die Oberflächenaktivität modulieren kann.

3. Darüber hinaus kann die elektronische Struktur von Graphen durch die Induktion der Adsorption von Gasmolekülen entsprechend verändert werden, was nicht nur die Konzentration der Träger verändert, sondern auch mit verschiedenen Graphenen dotiert werden kann. Der Sensor Graphen kann zu einem chemischen Sensor verarbeitet werden. Dieser Prozess wird hauptsächlich durch die Oberflächenadsorptionsleistung von Graphen vervollständigt. Nach Untersuchungen einiger Wissenschaftler kann die Empfindlichkeit chemischer Graphendetektoren mit der Grenze der Einzelmoleküldetektion verglichen werden. Die einzigartige zweidimensionale Struktur von Graphen macht es sehr empfindlich gegenüber der Umgebung. Graphen ist ein ideales Material für elektrochemische Biosensoren. Sensoren aus Graphen haben eine gute Empfindlichkeit zum Nachweis von Dopamin und Glukose in der Medizin. Transistorgraphen kann zur Herstellung von Transistoren verwendet werden. Aufgrund der hohen Stabilität der Graphenstruktur kann dieser Transistortyp auch auf der Skala eines einzelnen Atoms stabil arbeiten.

4. Im Gegensatz dazu verlieren die aktuellen Transistoren auf Siliziumbasis ihre Stabilität im Bereich von etwa 10 Nanometern; Durch die ultraschnelle Reaktionsgeschwindigkeit der Elektronen im Graphen auf das äußere Feld können die daraus hergestellten Transistoren eine sehr hohe Betriebsfrequenz erreichen. Beispielsweise kündigte IBM im Februar 2010 an, die Betriebsfrequenz von Graphen-Transistoren auf 100 GHz zu erhöhen, was über der von Silizium-Transistoren gleicher Größe liegt. Flexibler Bildschirm Der biegbare Bildschirm erregte auf der Consumer Electronics Show große Aufmerksamkeit und ist zum Trend bei der Entwicklung flexibler Bildschirme für die Anzeige mobiler Geräte in der Zukunft geworden.

5. Der zukünftige Markt für flexible Displays ist breit und auch die Aussicht auf Graphen als Grundmaterial ist vielversprechend. Südkoreanische Forscher haben zum ersten Mal ein flexibles transparentes Display hergestellt, das aus mehreren Graphenschichten und einem Glasfaser-Polyester-Foliensubstrat besteht. Forscher der südkoreanischen Universität Samsung und der Sungkyunkwan-Universität haben ein Stück reines Graphen in der Größe eines Fernsehers auf einer 63 cm breiten, flexiblen, transparenten Glasfaser-Polyesterplatte hergestellt. Sie sagten, dass dies der mit Abstand größte „Massen“-Graphenblock sei. Anschließend verwendeten sie den Graphenblock, um einen flexiblen Touchscreen zu erstellen.

6. Die Forscher sagten, dass Menschen theoretisch ihre Smartphones zusammenrollen und wie einen Bleistift hinter die Ohren stecken können. Neue Energiebatterien Neue Energiebatterien sind auch ein wichtiger Bereich der frühesten kommerziellen Nutzung von Graphen. Das Massachusetts Institute of Technology in den Vereinigten Staaten hat erfolgreich flexible Photovoltaikmodule mit Graphen-Nanobeschichtungen auf der Oberfläche entwickelt, die die Kosten für die Herstellung transparenter und verformbarer Solarzellen erheblich senken können. Solche Batterien können in Nachtsichtbrillen, Kameras und anderen kleinen Digitalkameras verwendet werden. Anwendung im Gerät. Darüber hinaus hat die erfolgreiche Forschung und Entwicklung von Graphen-Superbatterien auch die Probleme unzureichender Kapazität und langer Ladezeiten von Fahrzeugbatterien mit neuer Energie gelöst und die Entwicklung der Batterieindustrie für neue Energie erheblich beschleunigt.

7. Diese Reihe von Forschungsergebnissen ebnete den Weg für die Anwendung von Graphen in der neuen Energiebatterieindustrie. Entsalzungsgraphenfilter werden häufiger eingesetzt als andere Entsalzungstechnologien. Nachdem der Graphenoxidfilm in der Wasserumgebung in engem Kontakt mit Wasser steht, kann sich ein Kanal mit einer Breite von etwa 0,9 Nanometern bilden, durch den Ionen oder Moleküle, die kleiner als diese Größe sind, schnell hindurchtreten können. Die Größe der Kapillarkanäle im Graphenfilm wird durch mechanische Mittel weiter komprimiert und die Porengröße wird kontrolliert, wodurch das Salz im Meerwasser effizient gefiltert werden kann. Das Wasserstoffspeichermaterial Graphen hat die Vorteile eines geringen Gewichts, einer hohen chemischen Stabilität und einer großen spezifischen Oberfläche und ist damit der beste Kandidat für Wasserstoffspeichermaterialien. Aufgrund der Eigenschaften hoher Leitfähigkeit, hoher Festigkeit, ultraleicht und dünn in der Luft- und Raumfahrt sind die Anwendungsvorteile von Graphen auch in der Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie äußerst ausgeprägt.

8. Im Jahr 2014 entwickelte die NASA in den Vereinigten Staaten einen Graphensensor für die Luft- und Raumfahrt, der Spurenelemente in der Höhenatmosphäre der Erde und strukturelle Defekte an Raumfahrzeugen erkennen kann. Graphen wird auch in potenziellen Anwendungen wie ultraleichten Flugzeugmaterialien eine wichtigere Rolle spielen. Das lichtempfindliche Element ist ein neuartiger lichtempfindlicher Elementtyp, bei dem Graphen als Material des lichtempfindlichen Elements verwendet wird. Durch eine spezielle Struktur soll die lichtempfindliche Fähigkeit im Vergleich zum vorhandenen CMOS oder CCD um das Tausendfache gesteigert werden, und der Energieverbrauch beträgt nur 10 % des Originals. Es kann im Bereich Monitore und Satellitenbildgebung sowie in Kameras, Smartphones usw. eingesetzt werden. Verbundwerkstoffe Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis sind eine wichtige Forschungsrichtung im Bereich der Graphenanwendungen. Sie haben hervorragende Leistungen in den Bereichen Energiespeicherung, Flüssigkristallgeräte, elektronische Geräte, biologische Materialien, Sensormaterialien und Katalysatorträger gezeigt und verfügen über ein breites Spektrum an Anwendungsaussichten.

9. Derzeit konzentriert sich die Forschung zu Graphen-Verbundwerkstoffen hauptsächlich auf Graphen-Polymer-Verbundwerkstoffe und anorganische Nanokomposite auf Graphenbasis. Mit der Vertiefung der Graphenforschung wird der Anwendung von Graphenverstärkungen in Verbundwerkstoffen auf Metallbasis immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Multifunktionale Polymerverbundstoffe und hochfeste poröse Keramikmaterialien aus Graphen verstärken viele besondere Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. Biographen wird verwendet, um die osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen des menschlichen Knochenmarks zu beschleunigen, und es wird auch zur Herstellung von Biosensoren aus epitaktischem Graphen auf Siliziumkarbid verwendet. Gleichzeitig kann Graphen als Nervenschnittstellenelektrode verwendet werden, ohne Eigenschaften wie Signalstärke oder Narbengewebebildung zu verändern oder zu zerstören. Aufgrund ihrer Flexibilität, Biokompatibilität und Leitfähigkeit sind Graphenelektroden in vivo wesentlich stabiler als Wolfram- oder Siliziumelektroden. Graphenoxid hemmt sehr wirksam das Wachstum von E. coli, ohne menschliche Zellen zu schädigen.