יישום גרפן

1. עם פריצת הדרך ההדרגתית של ייצור המוני ובעיות בגודל גדול, קצב היישום התעשייתי של גרפן מואץ. בהתבסס על תוצאות מחקר קיימות, היישומים המסחריים הראשונים עשויים להיות מכשירים ניידים, תעופה וחלל ואנרגיה חדשה. שדה סוללה. לגרפן מחקר בסיסי יש משמעות מיוחדת למחקר בסיסי בפיזיקה. זה מאפשר כמה השפעות קוונטיות שניתן להדגים רק תיאורטית לפני שניתן לאמת באמצעות ניסויים.

2. בגרפן דו ממדי נראה כי מסת האלקטרונים אינה קיימת. מאפיין זה הופך את הגרפן לחומר מרוכז נדיר שניתן להשתמש בו כדי לחקור מכניקת קוונטים יחסית - מכיוון שחלקיקים חסרי מסה חייבים לנוע במהירות האור, ולכן יש לתאר אותו על ידי מכניקת קוונטים יחסית, המספקת פיזיקאים תיאורטיים כיוון מחקרי חדש: חלק מהניסויים הקטנים שהיו צריכים להיות מבולבלים במאבק ענקי. מוליכים למחצה של אפס פער אנרגיה הם בעיקר גרפן בשכבה יחידה, והמבנה האלקטרוני הזה ישפיע ברצינות על תפקידם של מולקולות הגז על פני השטח שלו. בהשוואה לגרפיט בתפזורת, הפונקציה של גרפן שכבתי יחיד לשיפור פעילות תגובת השטח מוצגת על ידי תוצאות מימן גרפן ותגובות חמצון, מה שמצביע על כך שהמבנה האלקטרוני של גרפן יכול לשנות את פעילות פני השטח.

3. בנוסף, ניתן לשנות את המבנה האלקטרוני של גרפן בהתאמה על ידי אינדוקציה של ספיחת מולקולת גז, אשר לא רק משנה את ריכוז המנשאים, אלא גם ניתן לסמן אותם עם גרפים שונים. ניתן להפוך את גרפן החיישן לחיישן כימי. תהליך זה הושלם בעיקר על ידי ביצועי ספיחת השטח של גרפן. על פי מחקרי חוקרים מסוימים, ניתן להשוות את הרגישות של גלאי גרפן כימיקלים עם גבול גילוי המולקולות הבודדות. המבנה הדו-ממדי הייחודי של גרפן הופך אותו לרגיש מאוד לסביבה שמסביב. גרפן הוא חומר אידיאלי עבור חיישני ביו אלקטרוכימיים. לחיישנים העשויים גרפן יש רגישות טובה לגילוי דופמין וגלוקוז ברפואה. ניתן להשתמש בגרפן טרנזיסטור לייצור טרנזיסטורים. בשל היציבות הגבוהה של מבנה הגרפן, סוג זה של טרנזיסטור עדיין יכול לעבוד ביציבות בסולם של אטום יחיד.

4. לעומת זאת, הטרנזיסטורים הנוכחיים מבוססי הסיליקון יאבדו את יציבותם בסולם של כעשרה ננומטרים; מהירות התגובה המהירה במיוחד של האלקטרונים בגרפן לשדה החיצוני הופכת את הטרנזיסטורים העשויים ממנו יכולים להגיע לתדר הפעלה גבוה מאוד. לדוגמה, IBM הודיעה בפברואר 2010 כי היא תגדיל את תדירות התפעול של טרנזיסטורים גרפן ל 100 ג'יגה הרץ, העולה על זו של טרנזיסטורי הסיליקון באותו גודל. תצוגה גמישה המסך הניתן לכיפוף משך תשומת לב רבה בתערוכת האלקטרוניקה הצרכנית, והוא הפך למגמה של פיתוח מסכי תצוגה גמישים לתצוגות מכשירים ניידים בעתיד.

5. השוק העתידי של התצוגה הגמישה הוא רחב, והסיכוי של גרפן כחומר בסיסי מבטיח גם הוא. חוקרים דרום קוריאנים ייצרו לראשונה תצוגה שקופה גמישה המורכבת משכבות מרובות של גרפן ומצע גיליון פוליאסטר סיבי זכוכית. חוקרים מאוניברסיטת סמסונג ואוניברסיטת Sungkyunkwan של דרום קוריאה, יצרו חתיכת גרפן טהור בגודל של טלוויזיה על לוח פוליאסטר סיבי זכוכית גמיש ברוחב 63 ס"מ. הם אמרו שמדובר ללא ספק בלוק הגרפן הגדול ביותר "בתפזורת". בהמשך, הם השתמשו בבלוק הגרפן כדי ליצור מסך מגע גמיש.

6. החוקרים אמרו כי בתיאוריה אנשים יכולים להפיץ את הסמארטפונים שלהם ולהצמיד אותם מאחורי אוזניהם כמו עיפרון. סוללות אנרגיה חדשות סוללות אנרגיה חדשות הן גם אזור חשוב בשימוש המסחרי המוקדם ביותר של גרפן. המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בארצות הברית פיתח בהצלחה לוחות פוטו-וולטאיים גמישים עם שיתופי ננו גרפין על פני השטח, שיכולים להפחית מאוד את עלות הייצור של תאים סולאריים שקופים ומעוותים. סוללות כאלה עשויות לשמש במשקפי ראיית לילה, מצלמות ומצלמות דיגיטליות קטנות אחרות. יישום במכשיר. בנוסף, המחקר והפיתוח המוצלח של סוללות סופר גרפן פתר גם את הבעיות של קיבולת לא מספקת וזמן טעינה ארוך של סוללות רכב אנרגיה חדשות, מה שמאיץ מאוד את פיתוח ענף סוללות האנרגיה החדש.

7. סדרת תוצאות מחקר זו סללה את הדרך ליישום גרפן בתעשיית סוללות האנרגיה החדשה. מסנני גרפן התפלה משמשים ליותר מאשר טכנולוגיות התפלה אחרות. לאחר שסרט תחמוצת הגרפן בסביבת המים נמצא במגע קרוב עם מים, ניתן ליצור תעלה ברוחב של כ- 0.9 ננומטרים, ויונים או מולקולות קטנים יותר מהגודל הזה יכולים לעבור במהירות. גודל ערוצי הנימים בסרט הגרפן נדחס עוד יותר באמצעים מכניים, וגודל הנקבוביות נשלט, שיכול לסנן ביעילות את המלח במי הים. לחומר האחסון המימן גרפן יש יתרונות של משקל קל, יציבות כימית גבוהה ושטח פנים ספציפי גבוה, מה שהופך אותו למועמד הטוב ביותר לחומרי אחסון מימן. בשל המאפיינים של מוליכות גבוהה, חוזק גבוה, אור אולטרה ודק בחלל, יתרונות היישום של גרפן בתעשייה האווירית והתעשייתית הצבאית בולטים גם הם.

8. בשנת 2014 פיתחה נאס"א בארצות הברית חיישן גרפן המשמש בשדה האווירי, שיכול לאתר יסודות עקבות באטמוספירה בגובה הגבוה של כדור הארץ וליקויים מבניים בחלליות. גרפן ימלא גם תפקיד חשוב יותר ביישומים פוטנציאליים כמו חומרי מטוסים אולטרה -אור. האלמנט הרגיש לצילום הוא סוג חדש של אלמנט רגיש לאור המשתמש בגרפן כחומר של האלמנט הרגיש לאור. באמצעות מבנה מיוחד, הוא צפוי להגדיל את היכולת הרגישות לצילום באלפי פעמים בהשוואה ל- CMOs או CCD הקיימים, וצריכת האנרגיה היא רק 10% מהמקור. ניתן להשתמש בו בתחום המסכים והדמיית הלוויין, וניתן להשתמש בו במצלמות, טלפונים חכמים וכו '. חומרים מורכבים חומרים מורכבים מבוססי גרפן הם כיוון מחקר חשוב בתחום יישומי גרפן. הם הדגימו ביצועים מצוינים בתחומי אחסון האנרגיה, מכשירי גביש נוזלי, מכשירים אלקטרוניים, חומרים ביולוגיים, חומרי חישה ומובילי זרז, ויש להם מגוון רחב של סיכויי יישום.

9. נכון לעכשיו, המחקר של מרוכבים גרפן מתמקד בעיקר במרכיבים פולימרים גרפין ובננו-קומפוזיטים אורגניים מבוססי גרפן. עם העמקה של מחקר גרפן, יישום חיזוק גרפן במרכבים מבוססי מתכת בתפזורת אנשים מקדישים תשומת לב רבה יותר ויותר. מרוכבים פולימריים רב-פונקציונליים וחומרים קרמיים נקבוביים בעלי חוזק גבוה העשויים גרפן משפרים תכונות מיוחדות רבות של חומרים מורכבים. ביוגרף משמש להאצת ההבחנה האוסטוגנית של תאי גזע מזנכימליים מח העצם האנושי, והיא משמשת גם לייצור חיישני ביו של גרפן אפיטקסיאלי על קרביד סיליקון. יחד עם זאת, גרפן יכול לשמש כאלקטרודה ממשק עצבית מבלי לשנות או להרוס תכונות כמו חוזק האות או היווצרות רקמות צלקת. בשל גמישותו, תאימות ביולוגית ומוליכות, אלקטרודות גרפן יציבות בהרבה in vivo מאשר אלקטרודות טונגסטן או סיליקון. תחמוצת גרפן יעילה מאוד לעיכוב צמיחתו של E. coli מבלי לפגוע בתאים אנושיים.