کاربرد گرافن

1. با پیشرفت تدریجی تولید انبوه و مشکلات در اندازه بزرگ ، سرعت کاربرد صنعتی گرافن در حال تسریع است. بر اساس نتایج تحقیق موجود ، اولین برنامه های تجاری ممکن است دستگاه های تلفن همراه ، هوافضا و انرژی جدید باشند. میدان باتری گرافن تحقیقات اساسی برای تحقیقات اساسی در فیزیک اهمیت ویژه ای دارد. این برخی از اثرات کوانتومی را قادر می سازد که فقط از لحاظ تئوریکی نشان داده شوند ، می توانند از طریق آزمایشات تأیید شوند.

2. در گرافن دو بعدی ، به نظر می رسد جرم الکترون ها وجود ندارند. این خاصیت گرافن را به یک ماده متراکم نادر تبدیل می کند که می تواند برای مطالعه مکانیک کوانتومی نسبی مورد استفاده قرار گیرد - به دلیل ذرات بدون جرم باید با سرعت نور حرکت کند ، بنابراین باید توسط مکانیک کوانتومی نسبی گرایانه توصیف شود ، که فیزیکدانان نظری را با جهت تحقیق جدید فراهم می کند: برخی از آزمایشات که در ابتدا نیاز به انجام در شتاب دهنده های ذره ای غول پیکر دارند ، می توانند در آزمایشگاه های کوچک انجام شوند. نیمه هادی های شکاف انرژی صفر عمدتاً گرافن تک لایه ای هستند و این ساختار الکترونیکی به طور جدی بر نقش مولکول های گاز بر روی سطح آن تأثیر می گذارد. در مقایسه با گرافیت فله ، عملکرد گرافن تک لایه برای تقویت فعالیت واکنش سطح با نتایج هیدروژناسیون گرافن و واکنشهای اکسیداسیون نشان داده شده است ، نشان می دهد که ساختار الکترونیکی گرافن می تواند فعالیت سطح را تعدیل کند.

علاوه بر این ، ساختار الکترونیکی گرافن با القاء جذب مولکول گاز ، که نه تنها غلظت حامل ها را تغییر می دهد ، قابل تغییر است ، بلکه با گرافن های مختلف نیز می توان از آن استفاده کرد. گرافن سنسور را می توان به یک سنسور شیمیایی تبدیل کرد. این فرآیند عمدتاً با عملکرد جذب سطح گرافن انجام می شود. طبق تحقیقات برخی از محققان ، می توان حساسیت آشکارسازهای شیمیایی گرافن را با حد تشخیص مولکول تک مقایسه کرد. ساختار دو بعدی منحصر به فرد گرافن ، آن را نسبت به محیط اطراف بسیار حساس می کند. گرافن یک ماده ایده آل برای حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی است. سنسورهای ساخته شده از گرافن برای تشخیص دوپامین و گلوکز در پزشکی حساسیت خوبی دارند. از گرافن ترانزیستور می توان برای ساخت ترانزیستور استفاده کرد. با توجه به ثبات بالای ساختار گرافن ، این نوع ترانزیستور هنوز هم می تواند در مقیاس یک اتم واحد پایدار باشد.

در مقابل ، ترانزیستورهای مبتنی بر سیلیکون فعلی ثبات خود را در مقیاس حدود 10 نانومتر از دست می دهند. سرعت واکنش فوق العاده سریع الکترون ها در گرافن به میدان خارجی باعث می شود ترانزیستورهای ساخته شده از آن به فرکانس کار بسیار بالایی برسند. به عنوان مثال ، IBM در فوریه 2010 اعلام کرد که فرکانس عملکرد ترانزیستورهای گرافن را به 100 گیگاهرتز افزایش می دهد ، که بیش از ترانزیستورهای سیلیکون در همان اندازه است. صفحه نمایش انعطاف پذیر صفحه نمایش قابل توجه توجه زیادی را در نمایشگاه الکترونیک مصرف کننده به خود جلب کرده است و به روند توسعه صفحه نمایش های انعطاف پذیر برای نمایشگرهای دستگاه های تلفن همراه در آینده تبدیل شده است.

5. بازار آینده نمایش انعطاف پذیر گسترده است ، و چشم انداز گرافن به عنوان یک ماده اساسی نیز امیدوار کننده است. محققان کره جنوبی برای اولین بار نمایشگر شفاف انعطاف پذیر متشکل از لایه های مختلف گرافن و یک بستر ورق پلی استر فیبر شیشه ای را تولید کرده اند. محققان سامسونگ و دانشگاه سونگکیونیکوان کره جنوبی یک قطعه از گرافن خالص اندازه یک تلویزیون را در صفحه پلی استر فیبر شیشه ای شفاف 63 سانتی متر ساخته شده اند. آنها گفتند که این تقریباً بزرگترین بلوک گرافن "فله" است. پس از آن ، آنها از بلوک گرافن برای ایجاد یک صفحه لمسی انعطاف پذیر استفاده کردند.

6. محققان گفتند که در تئوری ، مردم می توانند تلفن های هوشمند خود را جمع کرده و مانند مداد آنها را پشت گوش خود بچسبانند. باتری های انرژی جدید باتری های انرژی جدید نیز منطقه مهمی از اولین استفاده تجاری گرافن هستند. انستیتوی فناوری ماساچوست در ایالات متحده با موفقیت پانل های انعطاف پذیر فتوولتائیک را با نانو پوشش گرافن روی سطح توسعه داده است که می تواند هزینه تولید سلولهای خورشیدی شفاف و تغییر شکل را تا حد زیادی کاهش دهد. چنین باتری هایی ممکن است در عینک دید در شب ، دوربین ها و سایر دوربین های دیجیتال کوچک استفاده شود. برنامه در دستگاه. علاوه بر این ، تحقیق و توسعه موفقیت آمیز باتری های فوق العاده گرافن همچنین مشکلات ظرفیت کافی و زمان شارژ طولانی باتری های جدید وسیله نقلیه انرژی جدید را حل کرده است ، که باعث پیشرفت شدید توسعه صنعت جدید باتری انرژی می شود.

7. این سری از نتایج تحقیق ، راه را برای استفاده از گرافن در صنعت باتری انرژی جدید هموار کرد. فیلترهای گرافن نمک زدایی بیش از سایر فن آوری های آب شیرین کن استفاده می شوند. بعد از اینکه فیلم اکسید گرافن در محیط آب در تماس نزدیک با آب قرار دارد ، کانال با عرض حدود 0.9 نانومتر می تواند تشکیل شود و یونها یا مولکول ها کوچکتر از این اندازه می توانند به سرعت از آن عبور کنند. اندازه کانال های مویرگی در فیلم گرافن با وسایل مکانیکی بیشتر فشرده می شود و اندازه منافذ کنترل می شود که می تواند به طور مؤثر نمک موجود در آب دریا را فیلتر کند. گرافن مواد ذخیره سازی هیدروژن از مزایای وزن سبک ، پایداری شیمیایی بالا و سطح خاص و سطح بالایی برخوردار است و آن را به بهترین نامزد مواد ذخیره سازی هیدروژن تبدیل می کند. با توجه به ویژگی های رسانایی بالا ، استحکام بالا ، فوق العاده نور و نازک در هوافضا ، مزایای کاربرد گرافن در هوافضا و صنعت نظامی نیز بسیار برجسته است.

در سال 2014 ، ناسا در ایالات متحده یک سنسور گرافن را که در میدان هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد ، ایجاد کرد که می تواند عناصر کمیاب را در جو ارتفاعی از زمین و نقص ساختاری در فضاپیما تشخیص دهد. گرافن همچنین نقش مهمی در کاربردهای بالقوه مانند مواد هواپیمای Ultralight دارد. عنصر Photosensistic نوع جدیدی از عنصر حساس به نور با استفاده از گرافن به عنوان ماده عنصر Photosensitive است. از طریق یک ساختار خاص ، انتظار می رود که در مقایسه با CMOS یا CCD موجود ، هزاران بار توانایی عکسبرداری را افزایش دهد و مصرف انرژی تنها 10 ٪ از اصلی است. این می تواند در زمینه مانیتورها و تصویربرداری ماهواره ای مورد استفاده قرار گیرد و می تواند در دوربین ها ، تلفن های هوشمند و غیره مورد استفاده قرار گیرد. مواد کامپوزیتی مبتنی بر گرافن مواد کامپوزیت یک جهت مهم تحقیق در زمینه برنامه های گرافن هستند. آنها عملکرد بسیار خوبی را در زمینه های ذخیره انرژی ، دستگاه های کریستالی مایع ، دستگاه های الکترونیکی ، مواد بیولوژیکی ، مواد سنجش و حامل های کاتالیزور نشان داده اند و طیف گسترده ای از چشم انداز کاربردی دارند.

در حال حاضر ، تحقیقات کامپوزیت های گرافن عمدتا بر کامپوزیت های پلیمری گرافن و نانوکامپوزیتهای معدنی مبتنی بر گرافن متمرکز است. با عمیق تر شدن تحقیقات گرافن ، استفاده از تقویت کننده های گرافن در کامپوزیت های فله ای مبتنی بر فلز ، توجه بیشتری به و بیشتر می کند. کامپوزیت های پلیمری چند منظوره و مواد سرامیکی متخلخل با استحکام بالا ساخته شده از گرافن بسیاری از خواص خاص مواد کامپوزیت را افزایش می دهد. از بیوگرافی برای تسریع در تمایز استخوانی سلولهای بنیادی مزانشیمی مغز استخوان انسان استفاده می شود و همچنین از آن برای تهیه حسگرهای زیستی گرافن اپیتاکسیال روی کاربید سیلیکون استفاده می شود. در عین حال ، گرافن می تواند به عنوان یک الکترود رابط عصبی بدون تغییر یا از بین بردن خواص مانند استحکام سیگنال یا تشکیل بافت اسکار استفاده شود. با توجه به انعطاف پذیری ، زیست سازگاری و هدایت ، الکترودهای گرافن در داخل بدن نسبت به الکترودهای تنگستن یا سیلیکون بسیار پایدار هستند. اکسید گرافن در مهار رشد E. coli بدون آسیب رساندن به سلولهای انسانی بسیار مؤثر است.