Applicazione del grafene

1. Con il graduale progresso della produzione di massa e dei problemi di grandi dimensioni, il ritmo dell’applicazione industriale del grafene sta accelerando. Sulla base dei risultati della ricerca esistente, le prime applicazioni commerciali potrebbero riguardare i dispositivi mobili, l’aerospaziale e la nuova energia. Campo batteria. Ricerca di base Il grafene ha un significato speciale per la ricerca di base in fisica. Permette alcuni effetti quantistici che possono essere dimostrati solo teoricamente prima di poter essere verificati attraverso esperimenti.

2. Nel grafene bidimensionale, la massa degli elettroni sembra essere inesistente. Questa proprietà rende il grafene una rara materia condensata che può essere utilizzata per studiare la meccanica quantistica relativistica, poiché le particelle prive di massa devono muoversi alla velocità della luce. Pertanto, deve essere descritto dalla meccanica quantistica relativistica, che fornisce ai fisici teorici una nuova direzione di ricerca: alcuni gli esperimenti che originariamente dovevano essere condotti in giganteschi acceleratori di particelle possono essere condotti con il grafene in piccoli laboratori. I semiconduttori a gap energetico zero sono principalmente grafene a strato singolo e questa struttura elettronica influenzerà seriamente il ruolo delle molecole di gas sulla sua superficie. Rispetto alla grafite sfusa, la funzione del grafene a strato singolo per migliorare l'attività di reazione superficiale è mostrata dai risultati delle reazioni di idrogenazione e ossidazione del grafene, indicando che la struttura elettronica del grafene può modulare l'attività superficiale.

3. Inoltre, la struttura elettronica del grafene può essere modificata di conseguenza mediante l'induzione dell'adsorbimento di molecole di gas, che non solo modifica la concentrazione dei portatori, ma può anche essere drogato con diversi grafeni. Il grafene del sensore può essere trasformato in un sensore chimico. Questo processo è completato principalmente dalle prestazioni di assorbimento superficiale del grafene. Secondo la ricerca di alcuni studiosi, la sensibilità dei rilevatori chimici di grafene può essere paragonata al limite di rilevazione di una singola molecola. L'esclusiva struttura bidimensionale del grafene lo rende molto sensibile all'ambiente circostante. Il grafene è un materiale ideale per i biosensori elettrochimici. I sensori in grafene hanno una buona sensibilità per rilevare la dopamina e il glucosio in medicina. Il grafene dei transistor può essere utilizzato per realizzare transistor. Grazie all'elevata stabilità della struttura del grafene, questo tipo di transistor può ancora funzionare stabilmente sulla scala di un singolo atomo.

4. Al contrario, gli attuali transistor a base di silicio perderanno la loro stabilità su una scala di circa 10 nanometri; la velocità di reazione ultraveloce degli elettroni nel grafene al campo esterno fa sì che i transistor costituiti da esso possano raggiungere una frequenza operativa molto elevata. Ad esempio, IBM ha annunciato nel febbraio 2010 che avrebbe aumentato la frequenza operativa dei transistor al grafene a 100 GHz, che supera quella dei transistor al silicio della stessa dimensione. Display flessibile Lo schermo pieghevole ha attirato molta attenzione al Consumer Electronics Show ed è diventato il trend dello sviluppo di schermi flessibili per i futuri display dei dispositivi mobili.

5. Il mercato futuro dei display flessibili è ampio e anche la prospettiva del grafene come materiale di base è promettente. Ricercatori sudcoreani hanno prodotto per la prima volta un display trasparente flessibile composto da più strati di grafene e un substrato in foglio di poliestere in fibra di vetro. I ricercatori della Samsung e dell'Università Sungkyunkwan della Corea del Sud hanno fabbricato un pezzo di puro grafene delle dimensioni di un televisore su un pannello di poliestere flessibile in fibra di vetro trasparente largo 63 cm. Hanno detto che questo è di gran lunga il più grande blocco di grafene “in massa”. Successivamente, hanno utilizzato il blocco di grafene per creare un touch screen flessibile.

6. I ricercatori hanno affermato che, in teoria, le persone possono arrotolare i propri smartphone e fissarli dietro le orecchie come una matita. Nuove batterie energetiche Le nuove batterie energetiche rappresentano anche un'area importante del primo utilizzo commerciale del grafene. Il Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti ha sviluppato con successo pannelli fotovoltaici flessibili con nanorivestimenti di grafene sulla superficie, che possono ridurre notevolmente i costi di produzione di celle solari trasparenti e deformabili. Tali batterie possono essere utilizzate negli occhiali per la visione notturna, nelle fotocamere e in altre piccole fotocamere digitali. Applicazione nel dispositivo. Inoltre, il successo della ricerca e dello sviluppo delle superbatterie al grafene ha anche risolto i problemi di capacità insufficiente e lunghi tempi di ricarica delle batterie per veicoli a nuova energia, accelerando notevolmente lo sviluppo del settore delle batterie a nuova energia.

7. Questa serie di risultati della ricerca ha aperto la strada all'applicazione del grafene nel nuovo settore delle batterie energetiche. I filtri di desalinizzazione al grafene sono utilizzati più di altre tecnologie di desalinizzazione. Dopo che la pellicola di ossido di grafene nell'ambiente acquatico è a stretto contatto con l'acqua, si può formare un canale con una larghezza di circa 0,9 nanometri e ioni o molecole più piccoli di questa dimensione possono passare rapidamente. La dimensione dei canali capillari nella pellicola di grafene viene ulteriormente compressa mediante mezzi meccanici e la dimensione dei pori viene controllata, il che può filtrare efficacemente il sale nell'acqua di mare. Il grafene, materiale per lo stoccaggio dell'idrogeno, presenta i vantaggi di leggerezza, elevata stabilità chimica ed elevata area superficiale specifica, che lo rendono il miglior candidato per i materiali di stoccaggio dell'idrogeno. A causa delle caratteristiche di alta conduttività, elevata resistenza, ultraleggero e sottile nel settore aerospaziale, anche i vantaggi applicativi del grafene nell'industria aerospaziale e militare sono estremamente importanti.

8. Nel 2014, la NASA negli Stati Uniti ha sviluppato un sensore al grafene utilizzato nel campo aerospaziale, in grado di rilevare oligoelementi nell'atmosfera terrestre ad alta quota e difetti strutturali sui veicoli spaziali. Il grafene svolgerà anche un ruolo più importante in potenziali applicazioni come i materiali per aerei ultraleggeri. L'elemento fotosensibile è un nuovo tipo di elemento fotosensibile che utilizza il grafene come materiale dell'elemento fotosensibile. Attraverso una struttura speciale, si prevede che la capacità fotosensibile aumenterà di migliaia di volte rispetto al CMOS o CCD esistente e il consumo di energia sarà solo il 10% dell'originale. Può essere utilizzato nel campo dei monitor e delle immagini satellitari e può essere utilizzato in fotocamere, smartphone, ecc. Materiali compositi I materiali compositi a base di grafene rappresentano un'importante direzione di ricerca nel campo delle applicazioni del grafene. Hanno dimostrato prestazioni eccellenti nei campi dello stoccaggio dell'energia, dei dispositivi a cristalli liquidi, dei dispositivi elettronici, dei materiali biologici, dei materiali di rilevamento e dei trasportatori di catalizzatori e hanno un'ampia gamma di prospettive applicative.

9. Allo stato attuale, la ricerca sui compositi di grafene si concentra principalmente sui compositi polimerici di grafene e sui nanocompositi inorganici a base di grafene. Con l'approfondimento della ricerca sul grafene, le persone prestano sempre più attenzione all'applicazione di rinforzi di grafene nei compositi sfusi a base di metallo. I compositi polimerici multifunzionali e i materiali ceramici porosi ad alta resistenza realizzati in grafene migliorano molte proprietà speciali dei materiali compositi. Il biografene viene utilizzato per accelerare la differenziazione osteogenica delle cellule staminali mesenchimali del midollo osseo umano ed è anche utilizzato per realizzare biosensori di grafene epitassiale su carburo di silicio. Allo stesso tempo, il grafene può essere utilizzato come elettrodo di interfaccia nervosa senza modificare o distruggere proprietà come la potenza del segnale o la formazione di tessuto cicatrizzato. Grazie alla loro flessibilità, biocompatibilità e conduttività, gli elettrodi di grafene sono molto più stabili in vivo rispetto agli elettrodi di tungsteno o silicio. L'ossido di grafene è molto efficace nell'inibire la crescita di E. coli senza danneggiare le cellule umane.