გრაფენის გამოყენება

1. მასობრივი წარმოების თანდათანობითი გარღვევით და დიდი ზომის პრობლემებით, გრაფენის ინდუსტრიული გამოყენების ტემპი ჩქარდება. არსებული კვლევის შედეგებზე დაყრდნობით, პირველი კომერციული აპლიკაციები შეიძლება იყოს მობილური მოწყობილობები, აერონავტიკა და ახალი ენერგია. ბატარეის ველი. ძირითადი კვლევა გრაფენს განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს ფიზიკის საბაზისო კვლევებისთვის. ის იძლევა ზოგიერთ კვანტურ ეფექტს, რომლის დემონსტრირება შესაძლებელია მხოლოდ თეორიულად, სანამ ექსპერიმენტების საშუალებით დადასტურდება.

2. ორგანზომილებიან გრაფენში ელექტრონების მასა თითქოს არ არსებობს. ეს თვისება გრაფენს აქცევს იშვიათ შედედებულ მატერიად, რომელიც შეიძლება გამოვიყენოთ რელატივისტური კვანტური მექანიკის შესასწავლად – რადგან უმასური ნაწილაკები სინათლის სიჩქარით უნდა მოძრაობდნენ, ამიტომ, ის უნდა იყოს აღწერილი რელატივისტური კვანტური მექანიკის მიერ, რომელიც თეორიულ ფიზიკოსებს ახალი კვლევის მიმართულებას აძლევს: ექსპერიმენტები, რომლებიც თავიდან სჭირდებოდათ ნაწილაკების გიგანტურ ამაჩქარებლებში, შეიძლება ჩატარდეს გრაფენით მცირე ლაბორატორიებში. ნულოვანი ენერგიის უფსკრული ნახევარგამტარები ძირითადად ერთშრიანი გრაფენია და ეს ელექტრონული სტრუქტურა სერიოზულად იმოქმედებს მის ზედაპირზე გაზის მოლეკულების როლზე. ნაყარ გრაფიტთან შედარებით, ერთფენიანი გრაფენის ფუნქცია ზედაპირული რეაქციის აქტივობის გასაძლიერებლად ნაჩვენებია გრაფენის ჰიდროგენიზაციისა და დაჟანგვის რეაქციების შედეგებით, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ გრაფენის ელექტრონულ სტრუქტურას შეუძლია ზედაპირული აქტივობის მოდულირება.

3. გარდა ამისა, გრაფენის ელექტრონული სტრუქტურა შეიძლება შესაბამისად შეიცვალოს გაზის მოლეკულის ადსორბციის ინდუქციის გზით, რაც არამარტო ცვლის მატარებლების კონცენტრაციას, არამედ შესაძლებელია სხვადასხვა გრაფენებით დოპინგი. სენსორული გრაფინი შეიძლება გადაკეთდეს ქიმიურ სენსორად. ეს პროცესი ძირითადად სრულდება გრაფენის ზედაპირული ადსორბციით. ზოგიერთი მეცნიერის კვლევის მიხედვით, გრაფენის ქიმიური დეტექტორების მგრძნობელობა შეიძლება შევადაროთ ერთი მოლეკულის გამოვლენის ზღვარს. გრაფენის უნიკალური ორგანზომილებიანი სტრუქტურა მას ძალიან მგრძნობიარეს ხდის მიმდებარე გარემოს მიმართ. გრაფინი იდეალური მასალაა ელექტროქიმიური ბიოსენსორებისთვის. გრაფენისგან დამზადებულ სენსორებს აქვთ კარგი მგრძნობელობა მედიცინაში დოფამინისა და გლუკოზის გამოსავლენად. ტრანზისტორი გრაფენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტრანზისტორების დასამზადებლად. გრაფენის სტრუქტურის მაღალი სტაბილურობის გამო, ამ ტიპის ტრანზისტორს ჯერ კიდევ შეუძლია სტაბილურად იმუშაოს ერთი ატომის მასშტაბით.

4. ამის საპირისპიროდ, მიმდინარე სილიკონზე დაფუძნებული ტრანზისტორები დაკარგავენ სტაბილურობას დაახლოებით 10 ნანომეტრის მასშტაბით; გრაფენის ელექტრონების ულტრა სწრაფი რეაქციის სიჩქარე გარე ველზე აიძულებს მისგან დამზადებულ ტრანზისტორებს მიაღწიონ ძალიან მაღალ სამუშაო სიხშირეს. მაგალითად, IBM-მა 2010 წლის თებერვალში გამოაცხადა, რომ გაზრდის გრაფენის ტრანზისტორების მუშაობის სიხშირეს 100 გჰც-მდე, რაც აღემატება იმავე ზომის სილიკონის ტრანზისტორებს. მოქნილი ეკრანი მოქნილმა ეკრანმა დიდი ყურადღება მიიპყრო Consumer Electronics Show-ზე და ის გახდა მოქნილი დისპლეის ეკრანების განვითარების ტენდენცია მომავალში მობილური მოწყობილობების ჩვენებისთვის.

5. მოქნილი დისპლეის მომავალი ბაზარი ფართოა და გრაფენის, როგორც ძირითადი მასალის, პერსპექტივა ასევე პერსპექტიულია. სამხრეთ კორეელმა მკვლევარებმა პირველად შექმნეს მოქნილი გამჭვირვალე დისპლეი, რომელიც შედგება გრაფენის მრავალი ფენისგან და შუშის ბოჭკოვანი პოლიესტერის ფურცლის სუბსტრატისაგან. სამხრეთ კორეის Samsung-ისა და Sungkyunkwan-ის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს სუფთა გრაფენის ნაჭერი ტელევიზორის ზომის 63 სმ სიგანის მოქნილ გამჭვირვალე მინის ბოჭკოვანი პოლიესტერის დაფაზე. მათ თქვეს, რომ ეს არის ყველაზე დიდი "ნაყარი" გრაფენის ბლოკი. შემდგომში მათ გამოიყენეს გრაფენის ბლოკი მოქნილი სენსორული ეკრანის შესაქმნელად.

6. მკვლევარებმა თქვეს, რომ თეორიულად, ადამიანებს შეუძლიათ სმარტფონების გადახვევა და ყურების უკან ფანქარივით მიმაგრება. ახალი ენერგეტიკული ბატარეები ახალი ენერგეტიკული ბატარეები ასევე არის გრაფინის ადრეული კომერციული გამოყენების მნიშვნელოვანი სფერო. მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიის ინსტიტუტმა შეერთებულ შტატებში წარმატებით შეიმუშავა მოქნილი ფოტოელექტრული პანელები გრაფენის ნანო-საფარებით ზედაპირზე, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს გამჭვირვალე და დეფორმირებადი მზის უჯრედების წარმოების ღირებულება. ასეთი ბატარეები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ღამის ხედვის სათვალეებში, კამერებსა და სხვა პატარა ციფრულ კამერებში. აპლიკაცია მოწყობილობაში. გარდა ამისა, გრაფენის სუპერ ბატარეების წარმატებულმა კვლევამ და განვითარებამ ასევე მოაგვარა ახალი ენერგეტიკული ავტომობილების ბატარეების არასაკმარისი სიმძლავრისა და ხანგრძლივი დატენვის პრობლემები, რაც მნიშვნელოვნად აჩქარებს ახალი ენერგეტიკული ბატარეების ინდუსტრიის განვითარებას.

7. კვლევის შედეგების ამ სერიამ გზა გაუხსნა გრაფენის გამოყენებას ახალი ენერგიის ბატარეების ინდუსტრიაში. გრაფენის ფილტრები უფრო მეტად გამოიყენება, ვიდრე სხვა დეზალიზაციის ტექნოლოგიები. მას შემდეგ, რაც წყლის გარემოში გრაფენის ოქსიდის ფილმი წყალთან მჭიდრო კონტაქტშია, შეიძლება ჩამოყალიბდეს არხი, რომლის სიგანეა დაახლოებით 0,9 ნანომეტრი და ამ ზომაზე პატარა იონები ან მოლეკულები სწრაფად გაივლიან. გრაფენის ფილაში კაპილარული არხების ზომა კიდევ უფრო შეკუმშულია მექანიკური საშუალებებით და აკონტროლებს ფორების ზომას, რომელსაც შეუძლია ეფექტურად გაფილტროს მარილი ზღვის წყალში. წყალბადის შესანახ მასალას გრაფენს აქვს მსუბუქი წონის, მაღალი ქიმიური სტაბილურობისა და მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის უპირატესობები, რაც მას წყალბადის შესანახი მასალების საუკეთესო კანდიდატად აქცევს. მაღალი გამტარობის, მაღალი სიმტკიცის, ულტრა მსუბუქი და თხელი აერონავტიკის მახასიათებლების გამო, გრაფენის გამოყენების უპირატესობა კოსმოსურ და სამხედრო ინდუსტრიაში ასევე ძალიან თვალსაჩინოა.

8. 2014 წელს, NASA-მ შეერთებულ შტატებში შეიმუშავა გრაფენის სენსორი, რომელიც გამოიყენება საჰაერო კოსმოსურ სფეროში, რომელსაც შეუძლია აღმოაჩინოს კვალი ელემენტები დედამიწის მაღალ სიმაღლეზე ატმოსფეროში და კოსმოსურ ხომალდზე არსებული სტრუქტურული დეფექტები. გრაფენი ასევე ითამაშებს უფრო მნიშვნელოვან როლს პოტენციურ აპლიკაციებში, როგორიცაა ულტრამსუბუქი თვითმფრინავების მასალები. ფოტომგრძნობიარე ელემენტი არის ახალი ტიპის ფოტომგრძნობიარე ელემენტი, რომელიც იყენებს გრაფენს, როგორც ფოტომგრძნობიარე ელემენტის მასალას. სპეციალური სტრუქტურის მეშვეობით მოსალოდნელია ფოტომგრძნობელობის უნარის გაზრდა ათასობითჯერ არსებულ CMOS-თან ან CCD-თან შედარებით და ენერგიის მოხმარება ორიგინალის მხოლოდ 10%-ია. მისი გამოყენება შესაძლებელია მონიტორებისა და სატელიტური გამოსახულების სფეროში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას კამერებში, სმარტ ტელეფონებში და ა.შ. კომპოზიტური მასალები გრაფენზე დაფუძნებული კომპოზიციური მასალები მნიშვნელოვანი კვლევის მიმართულებაა გრაფენის გამოყენების სფეროში. მათ აჩვენეს შესანიშნავი შესრულება ენერგიის შენახვის, თხევადი კრისტალური მოწყობილობების, ელექტრონული მოწყობილობების, ბიოლოგიური მასალების, სენსორული მასალების და კატალიზატორის სფეროებში და აქვთ გამოყენების პერსპექტივების ფართო სპექტრი.

9. დღეისათვის გრაფენის კომპოზიტების კვლევა ძირითადად ფოკუსირებულია გრაფენის პოლიმერულ კომპოზიტებზე და გრაფენზე დაფუძნებულ არაორგანულ ნანოკომპოზიტებზე. გრაფენის კვლევის გაღრმავებასთან ერთად, გრაფენის გამაგრების გამოყენება ნაყარ ლითონზე დაფუძნებულ კომპოზიტებში ხალხი სულ უფრო მეტ ყურადღებას აქცევს. მრავალფუნქციური პოლიმერული კომპოზიტები და გრაფენისგან დამზადებული მაღალი სიმტკიცის ფოროვანი კერამიკული მასალები აძლიერებს კომპოზიციური მასალების ბევრ განსაკუთრებულ თვისებას. ბიოგრაფინი გამოიყენება ადამიანის ძვლის ტვინის მეზენქიმული ღეროვანი უჯრედების ოსტეოგენური დიფერენციაციის დასაჩქარებლად და ასევე გამოიყენება სილიციუმის კარბიდზე ეპიტაქსიალური გრაფენის ბიოსენსორების დასამზადებლად. ამავდროულად, გრაფენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ნერვული ინტერფეისის ელექტროდი, ისეთი თვისებების შეცვლის ან განადგურების გარეშე, როგორიცაა სიგნალის სიძლიერე ან ნაწიბუროვანი ქსოვილის წარმოქმნა. მისი მოქნილობის, ბიოთავსებადობისა და გამტარობის გამო, გრაფენის ელექტროდები ბევრად უფრო სტაბილურია in vivo, ვიდრე ვოლფრამის ან სილიკონის ელექტროდები. გრაფენის ოქსიდი ძალიან ეფექტურია E. coli-ს ზრდის ინჰიბირებაში, ადამიანის უჯრედების დაზიანების გარეშე.