ग्राफीनचा वापर

1. मोठ्या प्रमाणात उत्पादन आणि मोठ्या आकाराच्या समस्यांच्या हळूहळू प्रगतीमुळे, ग्राफीनच्या औद्योगिक वापराचा वेग वेगवान होत आहे. विद्यमान संशोधन परिणामांवर आधारित, प्रथम व्यावसायिक अनुप्रयोग मोबाइल उपकरणे, एरोस्पेस आणि नवीन ऊर्जा असू शकतात. बॅटरी फील्ड. मूलभूत संशोधन भौतिकशास्त्रातील मूलभूत संशोधनासाठी ग्राफीनला विशेष महत्त्व आहे. हे काही क्वांटम प्रभाव सक्षम करते जे प्रयोगांद्वारे सत्यापित करण्यापूर्वी केवळ सैद्धांतिकरित्या प्रदर्शित केले जाऊ शकतात.

2. द्विमितीय ग्राफीनमध्ये, इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान अस्तित्वात नाही असे दिसते. हा गुणधर्म ग्राफीनला एक दुर्मिळ घनरूप बनवतो ज्याचा उपयोग सापेक्षतावादी क्वांटम मेकॅनिक्सचा अभ्यास करण्यासाठी केला जाऊ शकतो-कारण वस्तुमानहीन कण प्रकाशाच्या वेगाने फिरले पाहिजेत म्हणून, त्याचे वर्णन सापेक्षतावादी क्वांटम मेकॅनिक्सद्वारे केले पाहिजे, जे सैद्धांतिक भौतिकशास्त्रज्ञांना नवीन संशोधन दिशा प्रदान करते: काही जे प्रयोग मूलत: महाकाय कण प्रवेगकांमध्ये करणे आवश्यक होते ते लहान प्रयोगशाळांमध्ये ग्राफीनसह केले जाऊ शकतात. झिरो एनर्जी गॅप सेमीकंडक्टर हे प्रामुख्याने सिंगल-लेयर ग्राफीन आहेत आणि ही इलेक्ट्रॉनिक रचना त्याच्या पृष्ठभागावरील वायू रेणूंच्या भूमिकेवर गंभीरपणे परिणाम करेल. बल्क ग्रेफाइटच्या तुलनेत, पृष्ठभागावरील अभिक्रिया क्रियाकलाप वाढविण्यासाठी सिंगल-लेयर ग्राफीनचे कार्य ग्राफीन हायड्रोजनेशन आणि ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांच्या परिणामांद्वारे दर्शविले जाते, जे दर्शविते की ग्राफीनची इलेक्ट्रॉनिक रचना पृष्ठभागाची क्रिया सुधारू शकते.

3. याव्यतिरिक्त, गॅस रेणू शोषणाच्या प्रेरणाने ग्राफीनची इलेक्ट्रॉनिक रचना तदनुसार बदलली जाऊ शकते, ज्यामुळे केवळ वाहकांच्या एकाग्रतेत बदल होत नाही तर वेगवेगळ्या ग्राफीनसह डोप केले जाऊ शकते. सेन्सर ग्राफीनचे रासायनिक सेन्सर बनवता येते. ही प्रक्रिया प्रामुख्याने ग्राफीनच्या पृष्ठभागाच्या शोषण कामगिरीद्वारे पूर्ण होते. काही विद्वानांच्या संशोधनानुसार, ग्राफीन रासायनिक डिटेक्टरच्या संवेदनशीलतेची तुलना सिंगल रेणू शोधण्याच्या मर्यादेशी केली जाऊ शकते. ग्राफीनची अनोखी द्विमितीय रचना आजूबाजूच्या वातावरणास अतिशय संवेदनशील बनवते. इलेक्ट्रोकेमिकल बायोसेन्सरसाठी ग्राफीन ही एक आदर्श सामग्री आहे. औषधातील डोपामाइन आणि ग्लुकोज शोधण्यासाठी ग्राफीनपासून बनवलेल्या सेन्सरमध्ये चांगली संवेदनशीलता असते. ट्रान्झिस्टर ग्राफीनचा वापर ट्रान्झिस्टर बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ग्राफीन संरचनेच्या उच्च स्थिरतेमुळे, या प्रकारचे ट्रान्झिस्टर अद्याप एका अणूच्या प्रमाणात स्थिरपणे कार्य करू शकते.

4. याउलट, सध्याचे सिलिकॉन-आधारित ट्रान्झिस्टर सुमारे 10 नॅनोमीटरच्या प्रमाणात त्यांची स्थिरता गमावतील; बाह्य क्षेत्रात ग्राफीनमधील इलेक्ट्रॉनच्या अल्ट्रा-फास्ट रिॲक्शन स्पीडमुळे त्यापासून बनवलेले ट्रान्झिस्टर खूप उच्च ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीपर्यंत पोहोचू शकतात. उदाहरणार्थ, IBM ने फेब्रुवारी 2010 मध्ये घोषणा केली की ते ग्राफीन ट्रान्झिस्टरची ऑपरेटिंग वारंवारता 100 GHz पर्यंत वाढवेल, जी समान आकाराच्या सिलिकॉन ट्रान्झिस्टरपेक्षा जास्त आहे. लवचिक डिस्प्ले कंझ्युमर इलेक्ट्रॉनिक्स शोमध्ये झुकता येण्याजोग्या स्क्रीनने बरेच लक्ष वेधून घेतले आणि भविष्यात मोबाइल डिव्हाइस डिस्प्लेसाठी लवचिक डिस्प्ले स्क्रीन विकसित करण्याचा ट्रेंड बनला आहे.

5. लवचिक डिस्प्लेची भविष्यातील बाजारपेठ विस्तृत आहे आणि मूलभूत सामग्री म्हणून ग्राफीनची शक्यता देखील आशादायक आहे. दक्षिण कोरियाच्या संशोधकांनी प्रथमच ग्राफीनचे अनेक स्तर आणि ग्लास फायबर पॉलिस्टर शीट सब्सट्रेटने बनलेला लवचिक पारदर्शक डिस्प्ले तयार केला आहे. दक्षिण कोरियाच्या सॅमसंग आणि सुंगक्युंकवान युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी 63 सेमी रुंद लवचिक पारदर्शक ग्लास फायबर पॉलिस्टर बोर्डवर टीव्हीच्या आकाराचा शुद्ध ग्राफीनचा तुकडा तयार केला आहे. ते म्हणाले की हा आतापर्यंतचा सर्वात मोठा “बल्क” ग्राफीन ब्लॉक आहे. त्यानंतर, त्यांनी लवचिक टच स्क्रीन तयार करण्यासाठी ग्राफीन ब्लॉकचा वापर केला.

6. संशोधकांनी सांगितले की, सिद्धांतानुसार, लोक त्यांचे स्मार्टफोन गुंडाळू शकतात आणि पेन्सिलप्रमाणे त्यांच्या कानाच्या मागे पिन करू शकतात. नवीन ऊर्जा बॅटरी नवीन ऊर्जा बॅटरी देखील ग्राफीनच्या सुरुवातीच्या व्यावसायिक वापराचे एक महत्त्वाचे क्षेत्र आहे. युनायटेड स्टेट्समधील मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीने पृष्ठभागावर ग्राफीन नॅनो-कोटिंग्जसह लवचिक फोटोव्होल्टेइक पॅनेल यशस्वीरित्या विकसित केले आहेत, ज्यामुळे पारदर्शक आणि विकृत सौर पेशींच्या निर्मितीची किंमत मोठ्या प्रमाणात कमी होऊ शकते. अशा बॅटरी नाईट व्हिजन गॉगल, कॅमेरे आणि इतर लहान डिजिटल कॅमेऱ्यांमध्ये वापरल्या जाऊ शकतात. डिव्हाइसमध्ये अर्ज. याव्यतिरिक्त, ग्राफीन सुपर बॅटरीच्या यशस्वी संशोधन आणि विकासामुळे नवीन ऊर्जा वाहनांच्या बॅटरीची अपुरी क्षमता आणि दीर्घ चार्जिंग वेळेची समस्या देखील दूर झाली आहे, ज्यामुळे नवीन ऊर्जा बॅटरी उद्योगाच्या विकासाला मोठ्या प्रमाणात गती मिळाली आहे.

7. संशोधन परिणामांच्या या मालिकेने नवीन ऊर्जा बॅटरी उद्योगात ग्राफीनचा वापर करण्याचा मार्ग मोकळा केला. डिसेलिनेशन ग्राफीन फिल्टर इतर डिसेलिनेशन तंत्रज्ञानापेक्षा जास्त वापरले जातात. पाण्याच्या वातावरणातील ग्राफीन ऑक्साईड फिल्म पाण्याशी जवळून संपर्क साधल्यानंतर, सुमारे 0.9 नॅनोमीटर रुंदीची वाहिनी तयार होऊ शकते आणि या आकारापेक्षा लहान आयन किंवा रेणू त्वरीत जाऊ शकतात. ग्राफीन फिल्ममधील केशिका वाहिन्यांचा आकार यांत्रिक पद्धतीने संकुचित केला जातो आणि छिद्राचा आकार नियंत्रित केला जातो, ज्यामुळे समुद्राच्या पाण्यात मीठ कार्यक्षमतेने फिल्टर करता येते. हायड्रोजन स्टोरेज मटेरियल ग्राफीनमध्ये हलके वजन, उच्च रासायनिक स्थिरता आणि उच्च विशिष्ट पृष्ठभागाचे फायदे आहेत, ज्यामुळे ते हायड्रोजन स्टोरेज सामग्रीसाठी सर्वोत्तम उमेदवार बनते. एरोस्पेसमध्ये उच्च चालकता, उच्च शक्ती, अल्ट्रा-लाइट आणि पातळ या वैशिष्ट्यांमुळे, एरोस्पेस आणि लष्करी उद्योगात ग्राफीनचे उपयोग फायदे देखील अत्यंत प्रमुख आहेत.

8. 2014 मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील NASA ने एरोस्पेस क्षेत्रात वापरला जाणारा एक ग्राफीन सेन्सर विकसित केला, जो पृथ्वीच्या उच्च-उंचीच्या वातावरणातील ट्रेस घटक आणि अंतराळ यानावरील संरचनात्मक दोष शोधू शकतो. अल्ट्रालाइट एअरक्राफ्ट मटेरियल सारख्या संभाव्य ऍप्लिकेशन्समध्ये ग्राफीन देखील अधिक महत्त्वाची भूमिका बजावेल. प्रकाशसंवेदनशील घटक हा एक नवीन प्रकारचा प्रकाशसंवेदनशील घटक आहे जो प्रकाशसंवेदनशील घटकाची सामग्री म्हणून ग्राफीन वापरतो. एका विशेष संरचनेद्वारे, विद्यमान CMOS किंवा CCD च्या तुलनेत प्रकाशसंवेदनशील क्षमता हजारो पटीने वाढवणे अपेक्षित आहे आणि उर्जेचा वापर मूळच्या फक्त 10% आहे. हे मॉनिटर्स आणि सॅटेलाइट इमेजिंगच्या क्षेत्रात वापरले जाऊ शकते आणि कॅमेरे, स्मार्ट फोन इत्यादींमध्ये वापरले जाऊ शकते. संमिश्र साहित्य ग्राफीन-आधारित संमिश्र सामग्री ग्राफीन अनुप्रयोगांच्या क्षेत्रातील एक महत्त्वपूर्ण संशोधन दिशा आहे. त्यांनी ऊर्जा साठवण, लिक्विड क्रिस्टल उपकरणे, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, जैविक सामग्री, संवेदन सामग्री आणि उत्प्रेरक वाहक या क्षेत्रांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी दाखवली आहे आणि त्यांच्याकडे मोठ्या प्रमाणात अनुप्रयोग संभावना आहेत.

9. सध्या, ग्राफीन संमिश्रांचे संशोधन प्रामुख्याने ग्राफीन पॉलिमर कंपोझिट्स आणि ग्राफीन-आधारित अकार्बनिक नॅनोकॉम्पोझिट्सवर केंद्रित आहे. ग्राफीन संशोधनाच्या सखोलतेसह, बल्क मेटल-आधारित कंपोझिटमध्ये ग्राफीन मजबुतीकरणाचा वापर लोक अधिकाधिक लक्ष देत आहेत. मल्टीफंक्शनल पॉलिमर कंपोझिट आणि ग्राफीनपासून बनविलेले उच्च-शक्तीचे सच्छिद्र सिरेमिक साहित्य मिश्रित पदार्थांचे अनेक विशेष गुणधर्म वाढवतात. बायोग्राफीनचा वापर मानवी अस्थिमज्जा मेसेन्कायमल स्टेम पेशींच्या ऑस्टियोजेनिक भिन्नतेला गती देण्यासाठी केला जातो आणि सिलिकॉन कार्बाइडवर एपिटॅक्सियल ग्राफीनचे बायोसेन्सर बनवण्यासाठी देखील वापरले जाते. त्याच वेळी, सिग्नल स्ट्रेंथ किंवा डाग टिश्यू तयार करणे यासारखे गुणधर्म न बदलता किंवा नष्ट न करता ग्राफीनचा उपयोग तंत्रिका इंटरफेस इलेक्ट्रोड म्हणून केला जाऊ शकतो. लवचिकता, बायोकॉम्पॅटिबिलिटी आणि चालकता यामुळे, ग्राफीन इलेक्ट्रोड्स टंगस्टन किंवा सिलिकॉन इलेक्ट्रोड्सपेक्षा विवोमध्ये अधिक स्थिर असतात. ग्राफीन ऑक्साईड मानवी पेशींना इजा न करता E. coli ची वाढ रोखण्यासाठी खूप प्रभावी आहे.