יישום של 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. מחקר בסיסי לגרפן יש משמעות מיוחדת למחקר בסיסי בפיזיקה. זה מאפשר כמה השפעות קוונטיות שניתן להדגים רק באופן תיאורטי לפני שניתן לאמת אותן באמצעות ניסויים.

2. בגרפן דו-ממדי נראה שמסת האלקטרונים אינה קיימת. תכונה זו הופכת את הגרפן לחומר מעובה נדיר שניתן להשתמש בו כדי לחקור את מכניקת הקוונטים היחסותית - מכיוון שחלקיקים חסרי מסה חייבים לנוע במהירות האור. ניסויים שהיו צריכים להתבצע במקור במאיצי חלקיקים ענקיים יכולים להתבצע עם גרפן במעבדות קטנות. מוליכים למחצה של פער אנרגיה אפס הם בעיקר גרפן חד-שכבתי, והמבנה האלקטרוני הזה ישפיע ברצינות על תפקידן של מולקולות הגז על פני השטח שלו. בהשוואה לגרפיט בתפזורת, הפונקציה של גרפן חד-שכבתי להגביר את פעילות תגובת פני השטח מוצגת על ידי תוצאות של הידרוגנציה ותגובות חמצון של גרפן, המצביעות על כך שהמבנה האלקטרוני של הגרפן יכול לווסת את פעילות פני השטח.

3. בנוסף, ניתן לשנות את המבנה האלקטרוני של הגרפן בהתאמה על ידי אינדוקציה של ספיחה של מולקולות גז, מה שלא רק משנה את ריכוז הנשאים, אלא גם יכול להיות מסומם בגרפנים שונים. ניתן להפוך את הגרפן החיישן לחיישן כימי. תהליך זה הושלם בעיקר על ידי ביצועי ספיחת פני השטח של גרפן. על פי מחקר של כמה חוקרים, ניתן להשוות את הרגישות של גלאים כימיים של גרפן למגבלה של זיהוי מולקולה בודדת. המבנה הדו מימדי הייחודי של גרפן הופך אותו לרגיש מאוד לסביבה שמסביב. גרפן הוא חומר אידיאלי עבור חיישנים ביולוגיים אלקטרוכימיים. לחיישנים העשויים גרפן רגישות טובה לזיהוי דופמין וגלוקוז ברפואה. ניתן להשתמש בגרפן טרנזיסטור לייצור טרנזיסטורים. בשל היציבות הגבוהה של מבנה הגרפן, סוג זה של טרנזיסטור עדיין יכול לעבוד ביציבות בקנה מידה של אטום בודד.

4. לעומת זאת, הטרנזיסטורים הנוכחיים מבוססי סיליקון יאבדו את יציבותם בקנה מידה של כ-10 ננומטר; מהירות התגובה המהירה במיוחד של אלקטרונים בגרפן לשדה החיצוני גורמת לכך שהטרנזיסטורים העשויים ממנו יכולים להגיע לתדר פעולה גבוה מאוד. כך למשל, IBM הודיעה בפברואר 2010 כי תגדיל את תדר הפעולה של טרנזיסטורי גרפן ל-100 גיגה-הרץ, העולה על זה של טרנזיסטורי סיליקון באותו גודל. תצוגה גמישה המסך המתכופף משך תשומת לב רבה בתערוכת מוצרי האלקטרוניקה, והוא הפך לטרנד של פיתוח מסכי תצוגה גמישים לתצוגות מכשירים ניידים בעתיד.

5. השוק העתידי של תצוגה גמישה הוא רחב, וגם הסיכוי של גרפן כחומר בסיסי מבטיח. חוקרים דרום קוריאנים ייצרו לראשונה תצוגה שקופה גמישה המורכבת משכבות מרובות של גרפן ומצע יריעות פוליאסטר סיבי זכוכית. חוקרים מסמסונג ואוניברסיטת Sungkyunkwan בדרום קוריאה ייצרו פיסת גרפן טהורה בגודל של טלוויזיה על לוח פוליאסטר סיבי זכוכית גמיש ברוחב 63 ס"מ. הם אמרו שזהו ללא ספק גוש הגרפן "הגדול" הגדול ביותר. לאחר מכן, הם השתמשו בבלוק הגרפן כדי ליצור מסך מגע גמיש.

6. החוקרים אמרו שבתיאוריה אנשים יכולים להפשיל את הסמארטפונים שלהם ולהצמיד אותם מאחורי האוזניים כמו עיפרון. סוללות אנרגיה חדשות סוללות אנרגיה חדשות הן גם תחום חשוב בשימוש המסחרי המוקדם ביותר של גרפן. המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס בארצות הברית פיתח בהצלחה פאנלים פוטו-וולטאיים גמישים עם ציפוי ננו של גרפן על פני השטח, שיכולים להוזיל מאוד את עלות הייצור של תאים סולאריים שקופים ובעלי עיוות. סוללות כאלה עשויות לשמש במשקפי ראיית לילה, מצלמות ומצלמות דיגיטליות קטנות אחרות. אפליקציה במכשיר. בנוסף, המחקר והפיתוח המוצלח של סוללות סופר גרפן פתרו גם את הבעיות של קיבולת לא מספקת וזמן טעינה ארוך של סוללות רכבי אנרגיה חדשים, מה שהאיץ מאוד את התפתחות תעשיית סוללות האנרגיה החדשה.

7. סדרת תוצאות מחקר זו סללה את הדרך ליישום הגרפן בתעשיית סוללות האנרגיה החדשה. מסנני גרפן התפלה משמשים יותר מטכנולוגיות התפלה אחרות. לאחר שסרט תחמוצת הגרפן בסביבת המים נמצא במגע הדוק עם מים, יכולה להיווצר תעלה ברוחב של כ-0.9 ננומטר, ויונים או מולקולות קטנות מגודל זה יכולות לעבור במהירות. גודל התעלות הנימים בסרט הגרפן נדחס עוד יותר באמצעים מכניים, ונשלט גודל הנקבוביות, מה שיכול לסנן ביעילות את המלח במי הים. לחומר אחסון המימן גרפן יש את היתרונות 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, קל במיוחד ודק בחלל, יתרונות היישום של גרפן בתעשייה האווירית והצבאית בולטים גם הם.

8. בשנת 2014, נאס"א בארצות הברית פיתחה חיישן גרפן המשמש בתחום התעופה והחלל, שיכול לזהות יסודות קורט באטמוספירה הגבוהה של כדור הארץ ופגמים מבניים בחללית. גרפן גם ישחק תפקיד חשוב יותר ביישומים פוטנציאליים כמו חומרי מטוסים קלים במיוחד. האלמנט הרגיש לאור הוא סוג חדש של אלמנט רגיש לאור המשתמש בגרפן כחומר של היסוד הרגיש לאור. באמצעות מבנה מיוחד, הוא צפוי להגדיל את יכולת הרגישות לאור באלפי מונים בהשוואה ל-CMOS או CCD הקיים, וצריכת האנרגיה היא רק 10% מהמקור. ניתן להשתמש בו בתחום המסכים והדמיית לוויין, וניתן להשתמש בו במצלמות, טלפונים חכמים ועוד. חומרים מרוכבים חומרים מרוכבים מבוססי גרפן הם כיוון מחקר חשוב בתחום יישומי הגרפן. הם הפגינו ביצועים מצוינים בתחומי אחסון אנרגיה, התקני גביש נוזלי, מכשירים אלקטרוניים, חומרים ביולוגיים, חומרי חישה ונושאי זרז, ויש להם מגוון רחב של אפשרויות יישומים.

9. כיום, המחקר של תרכובות גרפן מתמקד בעיקר בחומר מרוכבים של פולימר גרפן ובננו מרוכבים אורגניים מבוססי גרפן. עם ההעמקה של מחקר הגרפן, היישום של חיזוקי גרפן בחומרים מרוכבים מבוססי מתכת בתפזורת אנשים שמים לב יותר ויותר. חומרים מרוכבים פולימרים רב תכליתיים וחומרים קרמיים נקבוביים בעלי חוזק גבוה העשויים מגרפן משפרים תכונות מיוחדות רבות של חומרים מרוכבים. ביוגרפן משמש להאצת ההתמיינות האוסטאוגנית של תאי גזע מזנכימליים של מח עצם אנושיים, והוא משמש גם לייצור חיישנים ביולוגיים של גרפן אפיטקסיאלי על סיליקון קרביד. יחד עם זאת, ניתן להשתמש בגרפן כאלקטרודת ממשק עצב מבלי לשנות או להרוס תכונות כמו עוצמת האות או היווצרות רקמת צלקת. בשל הגמישות, התאימות הביולוגית והמוליכות שלו, אלקטרודות גרפן הן הרבה יותר יציבות in vivo מאשר אלקטרודות טונגסטן או סיליקון. תחמוצת גרפן יעילה מאוד בעיכוב הצמיחה של E. coli מבלי לפגוע בתאים אנושיים.