ग्राफीन का अनुप्रयोग

1. बड़े पैमाने पर उत्पादन और बड़े आकार की समस्याओं की क्रमिक सफलता के साथ, ग्राफीन के औद्योगिक अनुप्रयोग की गति तेज हो रही है। मौजूदा शोध परिणामों के आधार पर, पहले व्यावसायिक अनुप्रयोग मोबाइल डिवाइस, एयरोस्पेस और नई ऊर्जा हो सकते हैं। बैटरी क्षेत्र. बुनियादी शोध भौतिकी में बुनियादी शोध के लिए ग्राफीन का विशेष महत्व है। यह कुछ क्वांटम प्रभावों को सक्षम बनाता है जिन्हें प्रयोगों के माध्यम से सत्यापित करने से पहले केवल सैद्धांतिक रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है।

2. द्वि-आयामी ग्राफीन में, इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान अस्तित्वहीन प्रतीत होता है। यह गुण ग्राफीन को एक दुर्लभ संघनित पदार्थ बनाता है जिसका उपयोग सापेक्षतावादी क्वांटम यांत्रिकी का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है - क्योंकि द्रव्यमान रहित कणों को प्रकाश की गति से चलना चाहिए इसलिए, इसे सापेक्षवादी क्वांटम यांत्रिकी द्वारा वर्णित किया जाना चाहिए, जो सैद्धांतिक भौतिकविदों को एक नई शोध दिशा प्रदान करता है: कुछ जिन प्रयोगों को मूल रूप से विशाल कण त्वरक में किए जाने की आवश्यकता थी, उन्हें छोटी प्रयोगशालाओं में ग्राफीन के साथ किया जा सकता है। शून्य ऊर्जा अंतर अर्धचालक मुख्य रूप से एकल-परत ग्राफीन हैं, और यह इलेक्ट्रॉनिक संरचना इसकी सतह पर गैस अणुओं की भूमिका को गंभीरता से प्रभावित करेगी। थोक ग्रेफाइट की तुलना में, सतह प्रतिक्रिया गतिविधि को बढ़ाने के लिए सिंगल-लेयर ग्राफीन का कार्य ग्राफीन हाइड्रोजनीकरण और ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के परिणामों द्वारा दिखाया गया है, यह दर्शाता है कि ग्राफीन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना सतह गतिविधि को नियंत्रित कर सकती है।

3. इसके अलावा, ग्राफीन की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को गैस अणु सोखना के प्रेरण द्वारा तदनुसार बदला जा सकता है, जो न केवल वाहक की एकाग्रता को बदलता है, बल्कि विभिन्न ग्राफीन के साथ डोप भी किया जा सकता है। सेंसर ग्राफीन को रासायनिक सेंसर में बनाया जा सकता है। यह प्रक्रिया मुख्य रूप से ग्राफीन के सतह सोखने के प्रदर्शन से पूरी होती है। कुछ विद्वानों के शोध के अनुसार, ग्राफीन रासायनिक डिटेक्टरों की संवेदनशीलता की तुलना एकल अणु पहचान की सीमा से की जा सकती है। ग्राफीन की अद्वितीय द्वि-आयामी संरचना इसे आसपास के वातावरण के प्रति बहुत संवेदनशील बनाती है। ग्राफीन इलेक्ट्रोकेमिकल बायोसेंसर के लिए एक आदर्श सामग्री है। ग्राफीन से बने सेंसर में दवा में डोपामाइन और ग्लूकोज का पता लगाने के लिए अच्छी संवेदनशीलता होती है। ट्रांजिस्टर ग्राफीन का उपयोग ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जा सकता है। ग्राफीन संरचना की उच्च स्थिरता के कारण, इस प्रकार का ट्रांजिस्टर अभी भी एकल परमाणु के पैमाने पर स्थिर रूप से काम कर सकता है।

4. इसके विपरीत, वर्तमान सिलिकॉन-आधारित ट्रांजिस्टर लगभग 10 नैनोमीटर के पैमाने पर अपनी स्थिरता खो देंगे; बाहरी क्षेत्र में ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों की अल्ट्रा-फास्ट प्रतिक्रिया गति से बने ट्रांजिस्टर बहुत उच्च ऑपरेटिंग आवृत्ति तक पहुंच सकते हैं। उदाहरण के लिए, आईबीएम ने फरवरी 2010 में घोषणा की कि वह ग्राफीन ट्रांजिस्टर की ऑपरेटिंग आवृत्ति को 100 गीगाहर्ट्ज तक बढ़ा देगा, जो समान आकार के सिलिकॉन ट्रांजिस्टर से अधिक है। लचीले डिस्प्ले मोड़ने योग्य स्क्रीन ने उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स शो में बहुत ध्यान आकर्षित किया, और यह भविष्य में मोबाइल डिवाइस डिस्प्ले के लिए लचीले डिस्प्ले स्क्रीन के विकास का चलन बन गया है।

5. लचीले डिस्प्ले का भविष्य का बाजार व्यापक है, और बुनियादी सामग्री के रूप में ग्राफीन की संभावना भी आशाजनक है। दक्षिण कोरियाई शोधकर्ताओं ने पहली बार ग्राफीन की कई परतों और ग्लास फाइबर पॉलिएस्टर शीट सब्सट्रेट से बना एक लचीला पारदर्शी डिस्प्ले तैयार किया है। दक्षिण कोरिया के सैमसंग और सुंगक्यंकवान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने 63 सेमी चौड़े लचीले पारदर्शी ग्लास फाइबर पॉलिएस्टर बोर्ड पर एक टीवी के आकार का शुद्ध ग्राफीन का एक टुकड़ा तैयार किया है। उन्होंने कहा कि यह अब तक का सबसे बड़ा "बल्क" ग्राफीन ब्लॉक है। इसके बाद, उन्होंने लचीली टच स्क्रीन बनाने के लिए ग्राफीन ब्लॉक का उपयोग किया।

6. शोधकर्ताओं ने कहा कि सैद्धांतिक रूप से, लोग अपने स्मार्टफोन को रोल कर सकते हैं और उसे पेंसिल की तरह अपने कानों के पीछे पिन कर सकते हैं। नई ऊर्जा बैटरियां नई ऊर्जा बैटरियां भी ग्राफीन के शुरुआती व्यावसायिक उपयोग का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने सतह पर ग्राफीन नैनो-कोटिंग के साथ लचीले फोटोवोल्टिक पैनल सफलतापूर्वक विकसित किए हैं, जो पारदर्शी और विकृत सौर कोशिकाओं के निर्माण की लागत को काफी कम कर सकते हैं। ऐसी बैटरियों का उपयोग रात्रि दृष्टि चश्मे, कैमरे और अन्य छोटे डिजिटल कैमरों में किया जा सकता है। डिवाइस में एप्लिकेशन. इसके अलावा, ग्राफीन सुपर बैटरी के सफल अनुसंधान और विकास ने नई ऊर्जा वाहन बैटरी की अपर्याप्त क्षमता और लंबे चार्जिंग समय की समस्याओं को भी हल किया है, जिससे नई ऊर्जा बैटरी उद्योग के विकास में काफी तेजी आई है।

7. शोध परिणामों की इस श्रृंखला ने नई ऊर्जा बैटरी उद्योग में ग्राफीन के अनुप्रयोग का मार्ग प्रशस्त किया। अलवणीकरण ग्राफीन फिल्टर का उपयोग अन्य अलवणीकरण प्रौद्योगिकियों की तुलना में अधिक किया जाता है। जलीय वातावरण में ग्राफीन ऑक्साइड फिल्म पानी के निकट संपर्क में होने के बाद, लगभग 0.9 नैनोमीटर की चौड़ाई वाला एक चैनल बनाया जा सकता है, और इस आकार से छोटे आयन या अणु जल्दी से गुजर सकते हैं। ग्राफीन फिल्म में केशिका चैनलों के आकार को यांत्रिक तरीकों से और संपीड़ित किया जाता है, और छिद्र के आकार को नियंत्रित किया जाता है, जो समुद्री जल में नमक को कुशलतापूर्वक फ़िल्टर कर सकता है। हाइड्रोजन भंडारण सामग्री ग्राफीन में हल्के वजन, उच्च रासायनिक स्थिरता और उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र के फायदे हैं, जो इसे हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के लिए सबसे अच्छा उम्मीदवार बनाते हैं। एयरोस्पेस में उच्च चालकता, उच्च शक्ति, अल्ट्रा-लाइट और पतली विशेषताओं के कारण, एयरोस्पेस और सैन्य उद्योग में ग्राफीन के अनुप्रयोग लाभ भी बेहद प्रमुख हैं।

8. 2014 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में नासा ने एयरोस्पेस क्षेत्र में उपयोग किया जाने वाला एक ग्राफीन सेंसर विकसित किया, जो पृथ्वी के उच्च ऊंचाई वाले वातावरण में ट्रेस तत्वों और अंतरिक्ष यान पर संरचनात्मक दोषों का पता लगा सकता है। ग्राफीन अल्ट्रालाइट विमान सामग्री जैसे संभावित अनुप्रयोगों में भी अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। प्रकाश-संवेदनशील तत्व एक नए प्रकार का प्रकाश-संवेदनशील तत्व है, जिसमें प्रकाश-संवेदनशील तत्व की सामग्री के रूप में ग्राफीन का उपयोग किया जाता है। एक विशेष संरचना के माध्यम से, मौजूदा सीएमओएस या सीसीडी की तुलना में प्रकाश संवेदनशील क्षमता हजारों गुना बढ़ने की उम्मीद है, और ऊर्जा खपत मूल का केवल 10% है। इसका उपयोग मॉनिटर और उपग्रह इमेजिंग के क्षेत्र में किया जा सकता है, और इसका उपयोग कैमरे, स्मार्ट फोन आदि में किया जा सकता है। समग्र सामग्री ग्राफीन आधारित समग्र सामग्री ग्राफीन अनुप्रयोगों के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण अनुसंधान दिशा है। उन्होंने ऊर्जा भंडारण, लिक्विड क्रिस्टल उपकरण, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, जैविक सामग्री, संवेदन सामग्री और उत्प्रेरक वाहक के क्षेत्र में उत्कृष्ट प्रदर्शन किया है और उनके पास अनुप्रयोग संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला है।

9. वर्तमान में, ग्राफीन कंपोजिट का अनुसंधान मुख्य रूप से ग्राफीन पॉलिमर कंपोजिट और ग्राफीन-आधारित अकार्बनिक नैनोकम्पोजिट पर केंद्रित है। ग्राफीन अनुसंधान के गहन होने के साथ, लोग थोक धातु-आधारित कंपोजिट में ग्राफीन सुदृढीकरण के अनुप्रयोग पर अधिक से अधिक ध्यान दे रहे हैं। मल्टीफ़ंक्शनल पॉलिमर कंपोजिट और ग्राफीन से बने उच्च शक्ति वाले झरझरा सिरेमिक सामग्री मिश्रित सामग्री के कई विशेष गुणों को बढ़ाते हैं। बायोग्राफीन का उपयोग मानव अस्थि मज्जा मेसेनकाइमल स्टेम कोशिकाओं के ओस्टोजेनिक भेदभाव को तेज करने के लिए किया जाता है, और इसका उपयोग सिलिकॉन कार्बाइड पर एपिटैक्सियल ग्राफीन के बायोसेंसर बनाने के लिए भी किया जाता है। साथ ही, ग्राफीन को सिग्नल शक्ति या निशान ऊतक गठन जैसे गुणों को बदलने या नष्ट किए बिना तंत्रिका इंटरफ़ेस इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इसके लचीलेपन, जैव अनुकूलता और चालकता के कारण, ग्राफीन इलेक्ट्रोड टंगस्टन या सिलिकॉन इलेक्ट्रोड की तुलना में विवो में बहुत अधिक स्थिर होते हैं। ग्राफीन ऑक्साइड मानव कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाए बिना ई. कोलाई के विकास को रोकने में बहुत प्रभावी है।