1. Με τη σταδιακή ανακάλυψη της μαζικής παραγωγής και τα προβλήματα μεγάλου μεγέθους, ο ρυθμός της βιομηχανικής εφαρμογής του γραφενίου επιταχύνεται. Με βάση τα υπάρχοντα ερευνητικά αποτελέσματα, οι πρώτες εμπορικές εφαρμογές μπορεί να είναι οι κινητές συσκευές, η αεροδιαστημική και η νέα ενέργεια. Πεδίο μπαταρίας. Βασική έρευνα Το γραφένιο έχει ιδιαίτερη σημασία για τη βασική έρευνα στη φυσική. Επιτρέπει ορισμένα κβαντικά αποτελέσματα που μπορούν να αποδειχθούν μόνο θεωρητικά προτού επαληθευτούν μέσω πειραμάτων.
2. Στο δισδιάστατο γραφένιο, η μάζα των ηλεκτρονίων φαίνεται να είναι ανύπαρκτη. Αυτή η ιδιότητα καθιστά το γραφένιο μια σπάνια συμπυκνωμένη ύλη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της σχετικιστικής κβαντικής μηχανικής – επειδή τα σωματίδια χωρίς μάζα πρέπει να κινούνται με την ταχύτητα του φωτός, επομένως, πρέπει να περιγραφεί από τη σχετικιστική κβαντική μηχανική, η οποία παρέχει στους θεωρητικούς φυσικούς μια νέα ερευνητική κατεύθυνση: πειράματα που αρχικά χρειαζόταν να διεξαχθούν σε γιγάντιους επιταχυντές σωματιδίων μπορούν να πραγματοποιηθούν με γραφένιο σε μικρά εργαστήρια. Οι ημιαγωγοί μηδενικού κενού ενέργειας είναι κυρίως γραφένιο μονής στρώσης και αυτή η ηλεκτρονική δομή θα επηρεάσει σοβαρά τον ρόλο των μορίων αερίου στην επιφάνειά του. Σε σύγκριση με τον χύμα γραφίτη, η λειτουργία του γραφενίου μονής στρώσης για την ενίσχυση της δραστηριότητας της επιφανειακής αντίδρασης φαίνεται από τα αποτελέσματα των αντιδράσεων υδρογόνωσης και οξείδωσης γραφενίου, υποδεικνύοντας ότι η ηλεκτρονική δομή του γραφενίου μπορεί να τροποποιήσει την επιφανειακή δραστηριότητα.
3. Επιπλέον, η ηλεκτρονική δομή του γραφενίου μπορεί να αλλάξει αντίστοιχα με την επαγωγή της προσρόφησης μορίων αερίου, η οποία όχι μόνο αλλάζει τη συγκέντρωση των φορέων, αλλά μπορεί επίσης να ντοπαριστεί με διαφορετικά γραφένια. Το γραφένιο του αισθητήρα μπορεί να μετατραπεί σε χημικό αισθητήρα. Αυτή η διαδικασία ολοκληρώνεται κυρίως με την επιφανειακή απόδοση προσρόφησης του γραφενίου. Σύμφωνα με την έρευνα ορισμένων μελετητών, η ευαισθησία των χημικών ανιχνευτών γραφενίου μπορεί να συγκριθεί με το όριο της ανίχνευσης ενός μορίου. Η μοναδική δισδιάστατη δομή του γραφενίου το καθιστά πολύ ευαίσθητο στο περιβάλλον. Το γραφένιο είναι ένα ιδανικό υλικό για ηλεκτροχημικούς βιοαισθητήρες. Οι αισθητήρες από γραφένιο έχουν καλή ευαισθησία για την ανίχνευση της ντοπαμίνης και της γλυκόζης στην ιατρική. Το τρανζίστορ γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή τρανζίστορ. Λόγω της υψηλής σταθερότητας της δομής του γραφενίου, αυτός ο τύπος τρανζίστορ μπορεί ακόμα να λειτουργεί σταθερά στην κλίμακα ενός μόνο ατόμου.
4. Αντίθετα, τα τρέχοντα τρανζίστορ με βάση το πυρίτιο θα χάσουν τη σταθερότητά τους σε κλίμακα περίπου 10 νανόμετρων. η εξαιρετικά γρήγορη ταχύτητα αντίδρασης των ηλεκτρονίων στο γραφένιο στο εξωτερικό πεδίο κάνει τα τρανζίστορ που κατασκευάζονται από αυτό να μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλή συχνότητα λειτουργίας. Για παράδειγμα, η IBM ανακοίνωσε τον Φεβρουάριο του 2010 ότι θα αυξήσει τη συχνότητα λειτουργίας των τρανζίστορ γραφενίου στα 100 GHz, η οποία ξεπερνά αυτή των τρανζίστορ πυριτίου του ίδιου μεγέθους. Ευέλικτη οθόνη Η εύκαμπτη οθόνη τράβηξε μεγάλη προσοχή στο Consumer Electronics Show και έχει γίνει η τάση της ανάπτυξης ευέλικτων οθονών οθόνης για οθόνες κινητών συσκευών στο μέλλον.
5. Η μελλοντική αγορά της ευέλικτης οθόνης είναι ευρεία και η προοπτική του γραφενίου ως βασικού υλικού είναι επίσης πολλά υποσχόμενη. Νοτιοκορεάτες ερευνητές δημιούργησαν για πρώτη φορά μια εύκαμπτη διαφανή οθόνη που αποτελείται από πολλαπλά στρώματα γραφενίου και ένα υπόστρωμα φύλλου πολυεστέρα από ίνες γυαλιού. Ερευνητές από τη Samsung της Νότιας Κορέας και το Πανεπιστήμιο Sungkyunkwan κατασκεύασαν ένα κομμάτι καθαρού γραφενίου στο μέγεθος μιας τηλεόρασης σε μια εύκαμπτη σανίδα πολυεστέρα από διαφανή γυάλινη ίνα πλάτους 63 cm. Είπαν ότι αυτό είναι μακράν το μεγαλύτερο «ογκώδες» μπλοκ γραφενίου. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν το μπλοκ γραφενίου για να δημιουργήσουν μια ευέλικτη οθόνη αφής.
6. Οι ερευνητές είπαν ότι θεωρητικά, οι άνθρωποι μπορούν να τυλίγουν τα smartphone τους και να τα καρφιτσώνουν πίσω από τα αυτιά τους σαν μολύβι. Μπαταρίες νέας ενέργειας Οι μπαταρίες νέας ενέργειας είναι επίσης ένας σημαντικός τομέας της παλαιότερης εμπορικής χρήσης του γραφενίου. Το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει αναπτύξει με επιτυχία εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ με νανο-επικαλύψεις γραφενίου στην επιφάνεια, τα οποία μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κόστος κατασκευής διαφανών και παραμορφώσιμων ηλιακών κυττάρων. Τέτοιες μπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε γυαλιά νυχτερινής όρασης, κάμερες και άλλες μικρές ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές. Εφαρμογή στη συσκευή. Επιπλέον, η επιτυχής έρευνα και ανάπτυξη των σούπερ μπαταριών γραφενίου έχει επίσης λύσει τα προβλήματα της ανεπαρκούς χωρητικότητας και του μεγάλου χρόνου φόρτισης των νέων ενεργειακών μπαταριών οχημάτων, επιταχύνοντας σημαντικά την ανάπτυξη της νέας βιομηχανίας μπαταριών ενέργειας.
7. Αυτή η σειρά ερευνητικών αποτελεσμάτων άνοιξε το δρόμο για την εφαρμογή του γραφενίου στη βιομηχανία νέων ενεργειακών μπαταριών. Τα φίλτρα γραφενίου αφαλάτωσης χρησιμοποιούνται περισσότερο από άλλες τεχνολογίες αφαλάτωσης. Αφού το φιλμ οξειδίου του γραφενίου στο υδάτινο περιβάλλον έρθει σε στενή επαφή με το νερό, μπορεί να σχηματιστεί ένα κανάλι με πλάτος περίπου 0,9 νανόμετρα και ιόντα ή μόρια μικρότερα από αυτό το μέγεθος μπορούν να περάσουν γρήγορα. Το μέγεθος των τριχοειδών καναλιών στο φιλμ γραφενίου συμπιέζεται περαιτέρω με μηχανικά μέσα και ελέγχεται το μέγεθος των πόρων, το οποίο μπορεί να φιλτράρει αποτελεσματικά το αλάτι στο θαλασσινό νερό. Το υλικό αποθήκευσης υδρογόνου γραφένιο έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού βάρους, της υψηλής χημικής σταθερότητας και της υψηλής ειδικής επιφάνειας, καθιστώντας το τον καλύτερο υποψήφιο για υλικά αποθήκευσης υδρογόνου. Λόγω των χαρακτηριστικών της υψηλής αγωγιμότητας, της υψηλής αντοχής, του εξαιρετικά ελαφρού και λεπτού στην αεροδιαστημική, τα πλεονεκτήματα εφαρμογής του γραφενίου στην αεροδιαστημική και στρατιωτική βιομηχανία είναι επίσης εξαιρετικά εμφανή.
8. Το 2014, η NASA στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέπτυξε έναν αισθητήρα γραφενίου που χρησιμοποιείται στον αεροδιαστημικό τομέα, ο οποίος μπορεί να ανιχνεύσει ιχνοστοιχεία στην ατμόσφαιρα σε μεγάλο υψόμετρο της γης και δομικά ελαττώματα στα διαστημικά σκάφη. Το γραφένιο θα διαδραματίσει επίσης σημαντικότερο ρόλο σε πιθανές εφαρμογές όπως τα υλικά υπερελαφρών αεροσκαφών. Το φωτοευαίσθητο στοιχείο είναι ένας νέος τύπος φωτοευαίσθητου στοιχείου που χρησιμοποιεί το γραφένιο ως υλικό του φωτοευαίσθητου στοιχείου. Μέσω μιας ειδικής δομής, αναμένεται να αυξηθεί η φωτοευαίσθητη ικανότητα κατά χιλιάδες φορές σε σύγκριση με τα υπάρχοντα CMOS ή CCD και η κατανάλωση ενέργειας είναι μόνο το 10% της αρχικής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον τομέα των οθονών και της δορυφορικής απεικόνισης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κάμερες, έξυπνα τηλέφωνα κ.λπ. Σύνθετα υλικά Τα σύνθετα υλικά με βάση το γραφένιο αποτελούν σημαντική ερευνητική κατεύθυνση στον τομέα των εφαρμογών γραφενίου. Έχουν επιδείξει εξαιρετική απόδοση στους τομείς της αποθήκευσης ενέργειας, των συσκευών υγρών κρυστάλλων, των ηλεκτρονικών συσκευών, των βιολογικών υλικών, των αισθητηρίων υλικών και των φορέων καταλυτών και έχουν ένα ευρύ φάσμα προοπτικών εφαρμογής.
9. Επί του παρόντος, η έρευνα των σύνθετων υλικών γραφενίου επικεντρώνεται κυρίως στα σύνθετα πολυμερή γραφενίου και στα ανόργανα νανοσύνθετα με βάση το γραφένιο. Με την εμβάθυνση της έρευνας για το γραφένιο, η εφαρμογή οπλισμών γραφενίου σε χύμα σύνθετα υλικά με βάση το μέταλλο Οι άνθρωποι δίνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή. Τα πολυλειτουργικά πολυμερή σύνθετα υλικά και τα υψηλής αντοχής πορώδη κεραμικά υλικά από γραφένιο ενισχύουν πολλές ειδικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών. Το βιογραφένιο χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση της οστεογονικής διαφοροποίησης μεσεγχυματικών βλαστοκυττάρων ανθρώπινου μυελού των οστών και χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή βιοαισθητήρων επιταξιακού γραφενίου σε καρβίδιο του πυριτίου. Ταυτόχρονα, το γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο διεπαφής νεύρων χωρίς να αλλάξει ή να καταστρέψει ιδιότητες όπως η ισχύς του σήματος ή ο σχηματισμός ουλώδους ιστού. Λόγω της ευελιξίας, της βιοσυμβατότητας και της αγωγιμότητάς τους, τα ηλεκτρόδια γραφενίου είναι πολύ πιο σταθερά in vivo από τα ηλεκτρόδια βολφραμίου ή πυριτίου. Το οξείδιο του γραφενίου είναι πολύ αποτελεσματικό στην αναστολή της ανάπτυξης του E. coli χωρίς να βλάπτει τα ανθρώπινα κύτταρα.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-06-2021