1. Avec la percée progressive de la production de masse et les problèmes de grande envergure, le rythme des applications industrielles du graphène s'accélère. Sur la base des résultats de recherche existants, les premières applications commerciales pourraient concerner les appareils mobiles, l’aérospatiale et les nouvelles énergies. Champ de batterie. Recherche fondamentale Le graphène revêt une importance particulière pour la recherche fondamentale en physique. Il permet certains effets quantiques qui ne peuvent être démontrés que théoriquement avant d’être vérifiés par des expériences.
2. Dans le graphène bidimensionnel, la masse des électrons semble inexistante. Cette propriété fait du graphène une matière condensée rare qui peut être utilisée pour étudier la mécanique quantique relativiste, car les particules sans masse doivent se déplacer à la vitesse de la lumière. Par conséquent, il doit être décrit par la mécanique quantique relativiste, ce qui offre aux physiciens théoriciens une nouvelle direction de recherche : certains les expériences qui devaient initialement être réalisées dans des accélérateurs de particules géants peuvent être réalisées avec du graphène dans de petits laboratoires. Les semi-conducteurs à écart énergétique nul sont principalement du graphène monocouche, et cette structure électronique affectera sérieusement le rôle des molécules de gaz à sa surface. Par rapport au graphite en vrac, la fonction du graphène monocouche pour améliorer l'activité de réaction de surface est démontrée par les résultats des réactions d'hydrogénation et d'oxydation du graphène, indiquant que la structure électronique du graphène peut moduler l'activité de surface.
3. De plus, la structure électronique du graphène peut être modifiée en conséquence par l'induction de l'adsorption des molécules de gaz, ce qui non seulement modifie la concentration des porteurs, mais peut également être dopé avec différents graphènes. Le graphène capteur peut être transformé en capteur chimique. Ce processus est principalement complété par les performances d'adsorption de surface du graphène. Selon les recherches de certains chercheurs, la sensibilité des détecteurs chimiques au graphène peut être comparée à la limite de détection d'une seule molécule. La structure bidimensionnelle unique du graphène le rend très sensible à l'environnement. Le graphène est un matériau idéal pour les biocapteurs électrochimiques. Les capteurs en graphène ont une bonne sensibilité pour détecter la dopamine et le glucose en médecine. Le graphène transistor peut être utilisé pour fabriquer des transistors. En raison de la grande stabilité de la structure du graphène, ce type de transistor peut toujours fonctionner de manière stable à l’échelle d’un seul atome.
4. En revanche, les transistors actuels à base de silicium perdront leur stabilité à l’échelle d’environ 10 nanomètres ; la vitesse de réaction ultra-rapide des électrons du graphène au champ externe permet aux transistors qui en sont constitués d'atteindre une fréquence de fonctionnement très élevée. Par exemple, IBM a annoncé en février 2010 qu'elle augmenterait la fréquence de fonctionnement des transistors en graphène à 100 GHz, ce qui dépasse celle des transistors en silicium de même taille. Affichage flexible L'écran pliable a attiré beaucoup d'attention au Consumer Electronics Show et est devenu la tendance du développement d'écrans d'affichage flexibles pour les écrans d'appareils mobiles à l'avenir.
5. Le futur marché des écrans flexibles est vaste et les perspectives du graphène comme matériau de base sont également prometteuses. Des chercheurs sud-coréens ont produit pour la première fois un écran transparent flexible composé de plusieurs couches de graphène et d'un substrat en feuille de polyester en fibre de verre. Des chercheurs de l'université sud-coréenne Samsung et de l'université Sungkyunkwan ont fabriqué un morceau de graphène pur de la taille d'un téléviseur sur un panneau de polyester flexible et transparent en fibre de verre de 63 cm de large. Ils ont dit qu’il s’agissait de loin du plus gros bloc de graphène « en vrac ». Par la suite, ils ont utilisé le bloc de graphène pour créer un écran tactile flexible.
6. Les chercheurs ont expliqué qu'en théorie, les gens peuvent enrouler leur smartphone et le fixer derrière leurs oreilles comme un crayon. Nouvelles batteries énergétiques Les nouvelles batteries énergétiques constituent également un domaine important des premières utilisations commerciales du graphène. Le Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis a développé avec succès des panneaux photovoltaïques flexibles dotés de nano-revêtements de graphène sur la surface, ce qui peut réduire considérablement le coût de fabrication de cellules solaires transparentes et déformables. De telles batteries peuvent être utilisées dans des lunettes de vision nocturne, des appareils photo et autres petits appareils photo numériques. Application dans l'appareil. En outre, la recherche et le développement réussis de super batteries au graphène ont également résolu les problèmes de capacité insuffisante et de long temps de charge des batteries de véhicules à énergie nouvelle, accélérant considérablement le développement de l'industrie des batteries à énergie nouvelle.
7. Cette série de résultats de recherche a ouvert la voie à l’application du graphène dans l’industrie des batteries à énergie nouvelle. Les filtres en graphène de dessalement sont plus utilisés que les autres technologies de dessalement. Une fois que le film d'oxyde de graphène dans l'environnement aquatique est en contact étroit avec l'eau, un canal d'une largeur d'environ 0,9 nanomètre peut se former et les ions ou molécules plus petits que cette taille peuvent le traverser rapidement. La taille des canaux capillaires dans le film de graphène est davantage comprimée par des moyens mécaniques et la taille des pores est contrôlée, ce qui permet de filtrer efficacement le sel présent dans l'eau de mer. Le graphène, matériau de stockage de l'hydrogène, présente les avantages d'une légèreté, d'une stabilité chimique élevée et d'une surface spécifique élevée, ce qui en fait le meilleur candidat pour les matériaux de stockage de l'hydrogène. En raison des caractéristiques de haute conductivité, de haute résistance, d'ultraléger et de finesse dans l'aérospatiale, les avantages d'application du graphène dans l'industrie aérospatiale et militaire sont également extrêmement importants.
8. En 2014, la NASA aux États-Unis a développé un capteur au graphène utilisé dans le domaine aérospatial, capable de détecter des éléments traces dans l'atmosphère terrestre à haute altitude et des défauts structurels sur les engins spatiaux. Le graphène jouera également un rôle plus important dans des applications potentielles telles que les matériaux pour avions ultralégers. L'élément photosensible est un nouveau type d'élément photosensible utilisant le graphène comme matériau de l'élément photosensible. Grâce à une structure spéciale, il devrait augmenter la capacité photosensible des milliers de fois par rapport au CMOS ou CCD existant, et la consommation d'énergie n'est que de 10 % de celle d'origine. Il peut être utilisé dans le domaine des moniteurs et de l'imagerie satellite, ainsi que dans les appareils photo, les téléphones intelligents, etc. Matériaux composites Les matériaux composites à base de graphène constituent une direction de recherche importante dans le domaine des applications du graphène. Ils ont démontré d'excellentes performances dans les domaines du stockage d'énergie, des dispositifs à cristaux liquides, des dispositifs électroniques, des matériaux biologiques, des matériaux de détection et des supports de catalyseurs, et ont un large éventail de perspectives d'application.
9. À l'heure actuelle, la recherche sur les composites de graphène se concentre principalement sur les composites polymères de graphène et les nanocomposites inorganiques à base de graphène. Avec l'approfondissement de la recherche sur le graphène, l'application de renforts en graphène dans les composites à base de métal en vrac Les gens y prêtent de plus en plus attention. Les composites polymères multifonctionnels et les matériaux céramiques poreux à haute résistance à base de graphène améliorent de nombreuses propriétés particulières des matériaux composites. Le biographene est utilisé pour accélérer la différenciation ostéogénique des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse humaine, et il est également utilisé pour fabriquer des biocapteurs de graphène épitaxial sur du carbure de silicium. Dans le même temps, le graphène peut être utilisé comme électrode d’interface nerveuse sans modifier ni détruire les propriétés telles que la force du signal ou la formation de tissu cicatriciel. En raison de leur flexibilité, de leur biocompatibilité et de leur conductivité, les électrodes en graphène sont beaucoup plus stables in vivo que les électrodes en tungstène ou en silicium. L'oxyde de graphène est très efficace pour inhiber la croissance d'E. coli sans nuire aux cellules humaines.
Heure de publication : 06 novembre 2021