Գրաֆենի կիրառում

1. Զանգվածային արտադրության աստիճանական առաջընթացի և մեծ չափերի խնդիրների պատճառով գրաֆենի արդյունաբերական կիրառման տեմպերը արագանում են: Ելնելով գոյություն ունեցող հետազոտության արդյունքներից՝ առաջին կոմերցիոն հավելվածները կարող են լինել շարժական սարքերը, օդատիեզերքը և նոր էներգիան: Մարտկոցի դաշտ: Հիմնական հետազոտություն Գրաֆենը հատուկ նշանակություն ունի ֆիզիկայի հիմնարար հետազոտությունների համար։ Այն թույլ է տալիս որոշ քվանտային էֆեկտներ, որոնք կարող են ցուցադրվել միայն տեսականորեն, նախքան փորձերի միջոցով ստուգումը:

2. Երկչափ գրաֆենում էլեկտրոնների զանգվածը կարծես թե գոյություն չունի: Այս հատկությունը գրաֆենը դարձնում է հազվագյուտ խտացված նյութ, որը կարող է օգտագործվել ռելյատիվիստական ​​քվանտային մեխանիկա ուսումնասիրելու համար, քանի որ անզանգված մասնիկները պետք է շարժվեն լույսի արագությամբ, հետևաբար, այն պետք է նկարագրվի ռելյատիվիստական ​​քվանտային մեխանիկայի կողմից, որը տեսական ֆիզիկոսներին տալիս է հետազոտության նոր ուղղություն. փորձերը, որոնք ի սկզբանե անհրաժեշտ էր իրականացնել հսկա մասնիկների արագացուցիչներում, կարող են իրականացվել գրաֆենի հետ փոքր լաբորատորիաներում: Զրոյական էներգիայի բաց կիսահաղորդիչները հիմնականում միաշերտ գրաֆեն են, և այս էլեկտրոնային կառուցվածքը լրջորեն կազդի գազի մոլեկուլների դերի վրա դրա մակերեսին։ Համեմատած մեծածավալ գրաֆիտի հետ՝ միաշերտ գրաֆենի ֆունկցիան՝ մակերևութային ռեակցիայի ակտիվությունը բարձրացնելու համար, ցույց են տալիս գրաֆենի հիդրոգենացման և օքսիդացման ռեակցիաների արդյունքները՝ ցույց տալով, որ գրաֆենի էլեկտրոնային կառուցվածքը կարող է փոփոխել մակերևութային ակտիվությունը։

3. Բացի այդ, գրաֆենի էլեկտրոնային կառուցվածքը կարող է համապատասխանաբար փոխվել գազի մոլեկուլի կլանման ինդուկցիայի միջոցով, որը ոչ միայն փոխում է կրիչների կոնցենտրացիան, այլև կարող է լիցքավորվել տարբեր գրաֆեններով։ Սենսորային գրաֆենը կարող է վերածվել քիմիական սենսորի: Այս գործընթացը հիմնականում ավարտվում է գրաֆենի մակերևութային կլանման գործունակությամբ: Որոշ գիտնականների հետազոտությունների համաձայն՝ գրաֆենի քիմիական դետեկտորների զգայունությունը կարելի է համեմատել մեկ մոլեկուլի հայտնաբերման սահմանի հետ։ Գրաֆենի եզակի երկչափ կառուցվածքը նրան շատ զգայուն է դարձնում շրջակա միջավայրի նկատմամբ: Գրաֆենը իդեալական նյութ է էլեկտրաքիմիական կենսասենսորների համար: Գրաֆենից պատրաստված սենսորները լավ զգայունություն ունեն բժշկության մեջ դոֆամինի և գլյուկոզայի հայտնաբերման համար: Տրանզիստորային գրաֆենը կարող է օգտագործվել տրանզիստորներ պատրաստելու համար։ Գրաֆենի կառուցվածքի բարձր կայունության շնորհիվ տրանզիստորի այս տեսակը դեռ կարող է կայուն աշխատել մեկ ատոմի մասշտաբով։

4. Ի հակադրություն, ներկայիս սիլիցիումի վրա հիմնված տրանզիստորները կկորցնեն իրենց կայունությունը մոտ 10 նանոմետրի մասշտաբով; Գրաֆենում էլեկտրոնների արտաքին դաշտի չափազանց արագ արձագանքման արագությունը ստիպում է նրանից պատրաստված տրանզիստորներին հասնել շատ բարձր աշխատանքային հաճախականության: Օրինակ, IBM-ը 2010 թվականի փետրվարին հայտարարեց, որ կավելացնի գրաֆենի տրանզիստորների աշխատանքային հաճախականությունը մինչև 100 ԳՀց, ինչը գերազանցում է նույն չափի սիլիցիումային տրանզիստորների հաճախականությունը։ Ճկուն էկրան Ճկվող էկրանը մեծ ուշադրություն է գրավել Consumer Electronics Show-ում, և այն դարձել է ապագայում շարժական սարքերի էկրանների համար ճկուն էկրանների մշակման միտում:

5. Ճկուն ցուցադրման ապագա շուկան լայն է, իսկ գրաֆենի՝ որպես հիմնական նյութի հեռանկարը նույնպես խոստումնալից է: Հարավկորեացի հետազոտողները առաջին անգամ արտադրել են ճկուն թափանցիկ էկրան, որը բաղկացած է գրաֆենի բազմաթիվ շերտերից և ապակե մանրաթելից պոլիեսթեր թիթեղից: Հարավային Կորեայի Samsung-ի և Sungkyunkwan համալսարանի հետազոտողները հեռուստացույցի չափ մաքուր գրաֆենի կտոր են պատրաստել 63 սմ լայնությամբ ճկուն թափանցիկ ապակյա մանրաթելային պոլիեսթեր տախտակի վրա: Նրանք ասացին, որ սա, ըստ էության, գրաֆենի ամենամեծ «զանգվածային» բլոկն է: Այնուհետև նրանք օգտագործեցին գրաֆենի բլոկը՝ ճկուն սենսորային էկրան ստեղծելու համար:

6. Հետազոտողները նշել են, որ տեսականորեն մարդիկ կարող են պտտել սմարթֆոնները և մատիտի նման ամրացնել ականջների հետևում։ Նոր էներգիայի մարտկոցներ Նոր էներգիայի մարտկոցները նաև գրաֆենի ամենավաղ առևտրային օգտագործման կարևոր ոլորտն են: ԱՄՆ-ի Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտը հաջողությամբ մշակել է ճկուն ֆոտոգալվանային վահանակներ՝ գրաֆենի նանո ծածկույթներով մակերեսի վրա, ինչը կարող է զգալիորեն նվազեցնել թափանցիկ և դեֆորմացվող արևային բջիջների արտադրության ծախսերը: Նման մարտկոցները կարող են օգտագործվել գիշերային տեսողության ակնոցների, տեսախցիկների և այլ փոքր թվային տեսախցիկների մեջ: Դիմում սարքում. Բացի այդ, գրաֆենի գերծանրքաշային մարտկոցների հաջող հետազոտությունն ու մշակումը լուծել է նաև նոր էներգետիկ մեքենաների մարտկոցների անբավարար հզորության և երկար լիցքավորման խնդիրները՝ մեծապես արագացնելով նոր էներգետիկ մարտկոցների արդյունաբերության զարգացումը։

7. Հետազոտության արդյունքների այս շարքը ճանապարհ հարթեց գրաֆենի կիրառման համար նոր էներգետիկ մարտկոցների արդյունաբերության մեջ: Աղազերծման գրաֆենի զտիչներն ավելի շատ են օգտագործվում, քան աղազերծման այլ տեխնոլոգիաներ։ Այն բանից հետո, երբ ջրային միջավայրում գրաֆենի օքսիդի թաղանթը ջրի հետ սերտ շփման մեջ է, կարող է ձևավորվել մոտ 0,9 նանոմետր լայնությամբ ալիք, և այս չափից փոքր իոնները կամ մոլեկուլները կարող են արագ անցնել միջով: Գրաֆենի թաղանթում մազանոթային ալիքների չափը հետագայում սեղմվում է մեխանիկական միջոցներով, և ծակոտիների չափը վերահսկվում է, ինչը կարող է արդյունավետ կերպով զտել ծովի ջրի աղը: Ջրածնի պահպանման նյութը՝ գրաֆենը, ունի թեթև քաշի, բարձր քիմիական կայունության և բարձր հատուկ մակերեսի առավելությունները, ինչը այն դարձնում է ջրածնի պահպանման նյութերի լավագույն թեկնածուն: Բարձր հաղորդունակության, բարձր ամրության, ավիացիոն տիեզերքում գերթեթև և բարակ բնութագրերի շնորհիվ գրաֆենի կիրառման առավելությունները օդատիեզերական և ռազմական արդյունաբերության մեջ նույնպես չափազանց ակնառու են:

8. 2014թ.-ին ԱՄՆ-ի ՆԱՍԱ-ն ստեղծեց գրաֆենի սենսոր, որն օգտագործվում էր օդատիեզերական ոլորտում, որը կարող է հայտնաբերել երկրագնդի բարձր բարձրության մթնոլորտում և տիեզերանավի կառուցվածքային թերությունները: Գրաֆենը նաև ավելի կարևոր դեր կխաղա պոտենցիալ կիրառություններում, ինչպիսիք են գերթեթև ինքնաթիռների նյութերը: Լուսազգայուն տարրը ֆոտոզգայուն տարրի նոր տեսակ է, որն օգտագործում է գրաֆենը՝ որպես լուսազգայուն տարրի նյութ։ Ակնկալվում է, որ հատուկ կառուցվածքի միջոցով հազարավոր անգամ կավելացվի լուսազգայուն կարողությունը՝ համեմատած գոյություն ունեցող CMOS-ի կամ CCD-ի հետ, և էներգիայի սպառումը կազմում է բնօրինակի միայն 10%-ը: Այն կարող է օգտագործվել մոնիտորների և արբանյակային պատկերների ոլորտում, ինչպես նաև կարող է օգտագործվել տեսախցիկների, սմարթ հեռախոսների և այլնի մեջ: Կոմպոզիտային նյութեր Գրաֆենի վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութերը կարևոր հետազոտական ​​ուղղություն են գրաֆենի կիրառման ոլորտում: Նրանք գերազանց կատարում են ցուցաբերել էներգիայի պահպանման, հեղուկ բյուրեղյա սարքերի, էլեկտրոնային սարքերի, կենսաբանական նյութերի, զգայուն նյութերի և կատալիզատորների ոլորտներում և ունեն կիրառման հեռանկարների լայն շրջանակ:

9. Ներկայումս գրաֆենի կոմպոզիտների հետազոտությունը հիմնականում կենտրոնանում է գրաֆենի պոլիմերային կոմպոզիտների և գրաֆենի վրա հիմնված անօրգանական նանոկոմպոզիտների վրա։ Գրաֆենի հետազոտությունների խորացման հետ մեկտեղ գրաֆենի ամրացումների կիրառումը մետաղի վրա հիմնված զանգվածային կոմպոզիտներում Մարդիկ ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն են դարձնում: Բազմաֆունկցիոնալ պոլիմերային կոմպոզիտները և գրաֆենից պատրաստված բարձր ամրության ծակոտկեն կերամիկական նյութերը մեծացնում են կոմպոզիտային նյութերի շատ հատուկ հատկություններ: Բիոգրաֆենն օգտագործվում է մարդու ոսկրածուծի մեզենխիմալ ցողունային բջիջների օստեոգեն տարբերակումն արագացնելու համար, ինչպես նաև օգտագործվում է սիլիցիումի կարբիդի վրա էպիտաքսիալ գրաֆենի կենսասենսորներ պատրաստելու համար։ Միևնույն ժամանակ, գրաֆենը կարող է օգտագործվել որպես նյարդային միջերեսային էլեկտրոդ՝ առանց փոխելու կամ ոչնչացնելու հատկությունները, ինչպիսիք են ազդանշանի ուժը կամ սպի հյուսվածքի ձևավորումը: Իր ճկունության, կենսահամատեղելիության և հաղորդունակության շնորհիվ գրաֆենի էլեկտրոդները շատ ավելի կայուն են in vivo-ում, քան վոլֆրամի կամ սիլիցիումի էլեկտրոդները։ Գրաֆենի օքսիդը շատ արդյունավետ է E. coli-ի աճը արգելակելու համար՝ չվնասելով մարդու բջիջներին: