グラフェンの応用

1. 大量生産と大型化の問題が徐々に解決され、グラフェンの産業応用のペースが加速しています。既存の研究結果に基づくと、最初の商業用途はモバイル機器、航空宇宙、新エネルギーとなる可能性があります。バッテリーフィールド。基礎研究 グラフェンは物理学の基礎研究にとって特別な重要性を持っています。これにより、実験を通じて検証する前に理論的にのみ実証できるいくつかの量子効果が可能になります。

2. 二次元グラフェンでは、電子の質量は存在しないように見えます。この特性により、グラフェンは相対論的量子力学の研究に使用できる希少な凝縮物質となっています。質量のない粒子は光の速度で移動する必要があるためです。したがって、グラフェンは相対論的量子力学によって記述されなければならず、理論物理学者に新しい研究の方向性を提供します。本来は巨大粒子加速器で行う必要があった実験が、グラフェンを使えば小さな実験室で行うことができます。ゼロエネルギーギャップ半導体は主に単層グラフェンであり、この電子構造は表面上のガス分子の役割に重大な影響を与えます。バルクグラファイトと比較して、単層グラフェンの表面反応活性を高める機能は、グラフェンの水素化および酸化反応の結果によって示されており、グラフェンの電子構造が表面活性を調節できることが示されています。

3. さらに、グラフェンの電子構造は、ガス分子吸着の誘発によって対応して変化する可能性があり、キャリアの濃度が変化するだけでなく、異なるグラフェンをドープすることもできます。センサーグラフェンは化学センサーとして使用できます。このプロセスは主にグラフェンの表面吸着性能によって完了します。一部の学者の研究によると、グラフェン化学検出器の感度は単一分子検出の限界と比較できるそうです。グラフェンのユニークな二次元構造により、周囲の環境の影響を非常に受けやすくなります。グラフェンは電気化学バイオセンサーにとって理想的な材料です。グラフェンで作られたセンサーは、医薬品中のドーパミンとグルコースを検出するのに優れた感度を持っています。トランジスタグラフェンはトランジスタの製造に使用できます。グラフェン構造の安定性が高いため、このタイプのトランジスタは単一原子のスケールでも安定して動作できます。

4. 対照的に、現在のシリコンベースのトランジスタは、約 10 ナノメートルのスケールで安定性を失います。グラフェン内の電子の外部磁場に対する超高速の反応速度により、グラフェンで作られたトランジスタは非常に高い動作周波数に達することができます。例えばIBMは2010年2月、グラフェン・トランジスタの動作周波数を同サイズのシリコン・トランジスタの動作周波数を上回る100GHzに高めると発表した。フレキシブルディスプレイ コンシューマー・エレクトロニクス・ショーで折り曲げられる画面が注目を集め、今後のモバイル機器のディスプレイ用フレキシブルディスプレイ画面開発のトレンドとなっています。

5. フレキシブルディスプレイの将来市場は幅広く、基礎材料としてのグラフェンの見通しも有望です。韓国の研究者らは、複数のグラフェン層とガラス繊維ポリエステルシート基板で構成されるフレキシブル透明ディスプレイを初めて作製した。韓国のサムスンと成均館大学の研究者らは、幅63cmの柔軟な透明ガラス繊維ポリエステル板上にテレビサイズの純粋なグラフェンを作製した。彼らは、これが断然最大の「バルク」グラフェンブロックであると述べた。その後、グラフェンブロックを使用して柔軟なタッチスクリーンを作成しました。

6. 研究者らは、理論的には、人々はスマートフォンを丸めて耳の後ろに鉛筆のように差し込むことができると述べた。新エネルギー電池 新エネルギー電池は、グラフェンの初期の商業利用の重要な分野でもあります。米国のマサチューセッツ工科大学は、表面にグラフェンナノコーティングを施したフレキシブル太陽電池パネルの開発に成功し、透明で変形可能な太陽電池の製造コストを大幅に削減できる。このようなバッテリーは、暗視ゴーグル、カメラ、その他の小型デジタルカメラで使用される場合があります。デバイス内のアプリケーション。さらに、グラフェンスーパーバッテリーの研究開発の成功により、新エネルギー車用バッテリーの容量不足と長い充電時間の問題も解決され、新エネルギーバッテリー産業の発展が大幅に加速されました。

7. この一連の研究結果は、新エネルギー電池産業におけるグラフェンの応用への道を切り開きました。脱塩グラフェンフィルターは、他の脱塩技術よりも多く使用されています。水環境中で酸化グラフェン膜が水と密着すると、幅約0.9ナノメートルのチャネルが形成され、それより小さいイオンや分子は素早く通過できる。グラフェンフィルム内の毛細管チャネルのサイズは機械的手段によってさらに圧縮され、細孔サイズが制御されるため、海水中の塩分を効率的にろ過できます。水素貯蔵材料のグラフェンは、軽量、高い化学的安定性、高い比表面積という利点を有しており、水素貯蔵材料の最良の候補となっている。航空宇宙における高導電性、高強度、超軽量、薄型という特性により、航空宇宙産業や軍事産業におけるグラフェンの応用利点も非常に顕著です。

8. 2014年、米国のNASAは、地球の高高度大気中の微量元素や宇宙船の構造欠陥を検出できる航空宇宙分野で使用されるグラフェンセンサーを開発した。グラフェンはまた、超軽量航空機材料などの潜在的な用途において、より重要な役割を果たすことになるでしょう。本感光体は、感光体の材料としてグラフェンを用いた新しいタイプの感光体です。特殊な構造により、従来のCMOSやCCDに比べて感光能力が数千倍向上することが見込まれ、消費電力はわずか10％にとどまる。モニターや衛星画像の分野で使用でき、カメラ、スマートフォンなどでも使用できます。 複合材料 グラフェンベースの複合材料は、グラフェン応用分野における重要な研究方向です。エネルギー貯蔵、液晶デバイス、電子デバイス、生体材料、センシング材料、触媒担体などの分野で優れた性能を発揮しており、幅広い応用が期待されています。

9. 現在、グラフェン複合材料の研究は主にグラフェンポリマー複合材料とグラフェンベースの無機ナノ複合材料に焦点を当てています。グラフェン研究の深化に伴い、バルク金属ベースの複合材料へのグラフェン強化の応用に対する人々の注目はますます高まっています。多機能ポリマー複合材料とグラフェン製の高強度多孔質セラミック材料は、複合材料の多くの特殊な特性を強化します。バイオグラフェンは、ヒト骨髄間葉系幹細胞の骨形成分化を促進するために使用され、炭化ケイ素上でエピタキシャルグラフェンのバイオセンサーを作製するためにも使用されます。同時に、グラフェンは、信号強度や瘢痕組織形成などの特性を変更または破壊することなく、神経界面電極として使用できます。グラフェン電極は、その柔軟性、生体適合性、導電性により、タングステンやシリコンの電極よりも生体内ではるかに安定しています。酸化グラフェンは、人間の細胞に害を与えることなく大腸菌の増殖を抑制するのに非常に効果的です。