1. Met de geleidelijke doorbraak van de massaproductie en de grootschalige problemen versnelt het tempo van de industriële toepassing van grafeen. Op basis van bestaande onderzoeksresultaten zouden de eerste commerciële toepassingen mobiele apparaten, ruimtevaart en nieuwe energie kunnen zijn. Batterijveld. Fundamenteel onderzoek Grafeen heeft een bijzondere betekenis voor fundamenteel onderzoek in de natuurkunde. Het maakt een aantal kwantumeffecten mogelijk die alleen theoretisch kunnen worden aangetoond voordat ze door middel van experimenten kunnen worden geverifieerd.
2. In tweedimensionaal grafeen lijkt de massa van elektronen niet te bestaan. Deze eigenschap maakt grafeen tot een zeldzame gecondenseerde materie die kan worden gebruikt om relativistische kwantummechanica te bestuderen – omdat massaloze deeltjes met de snelheid van het licht moeten bewegen. Daarom moet het worden beschreven door de relativistische kwantummechanica, die theoretische natuurkundigen een nieuwe onderzoeksrichting biedt: sommige experimenten die oorspronkelijk in gigantische deeltjesversnellers moesten worden uitgevoerd, kunnen met grafeen in kleine laboratoria worden uitgevoerd. Halfgeleiders zonder energiekloof bestaan voornamelijk uit enkellaags grafeen, en deze elektronische structuur zal de rol van gasmoleculen op het oppervlak ernstig beïnvloeden. Vergeleken met bulkgrafiet wordt de functie van enkellaags grafeen om de oppervlaktereactieactiviteit te verbeteren aangetoond door de resultaten van grafeenhydrogenering en oxidatiereacties, wat aangeeft dat de elektronische structuur van grafeen de oppervlakteactiviteit kan moduleren.
3. Bovendien kan de elektronische structuur van grafeen dienovereenkomstig worden veranderd door de inductie van adsorptie van gasmoleculen, waardoor niet alleen de concentratie van dragers verandert, maar ook kan worden gedoteerd met verschillende grafenen. Van de sensorgrafeen kan een chemische sensor worden gemaakt. Dit proces wordt voornamelijk voltooid door de oppervlakte-adsorptieprestaties van grafeen. Volgens het onderzoek van sommige wetenschappers kan de gevoeligheid van chemische grafeendetectoren worden vergeleken met de limiet van detectie van afzonderlijke moleculen. De unieke tweedimensionale structuur van grafeen maakt het zeer gevoelig voor de omgeving. Grafeen is een ideaal materiaal voor elektrochemische biosensoren. Sensoren gemaakt van grafeen hebben een goede gevoeligheid voor het detecteren van dopamine en glucose in de geneeskunde. Transistorgrafeen kan worden gebruikt om transistors te maken. Door de hoge stabiliteit van de grafeenstructuur kan dit type transistor nog steeds stabiel werken op de schaal van een enkel atoom.
4. Daarentegen zullen de huidige op silicium gebaseerde transistors hun stabiliteit verliezen op de schaal van ongeveer 10 nanometer; de ultrasnelle reactiesnelheid van elektronen in het grafeen op het externe veld zorgt ervoor dat de transistors die ervan zijn gemaakt een zeer hoge werkfrequentie kunnen bereiken. IBM kondigde bijvoorbeeld in februari 2010 aan dat het de werkfrequentie van grafeentransistors zou verhogen tot 100 GHz, wat hoger is dan die van siliciumtransistors van dezelfde grootte. Flexibel beeldscherm Het buigbare scherm trok veel aandacht op de Consumer Electronics Show en is in de toekomst de trend geworden in de ontwikkeling van flexibele beeldschermen voor beeldschermen van mobiele apparaten.
5. De toekomstige markt voor flexibele beeldschermen is breed, en ook het vooruitzicht van grafeen als basismateriaal is veelbelovend. Zuid-Koreaanse onderzoekers hebben voor het eerst een flexibel transparant display geproduceerd dat bestaat uit meerdere lagen grafeen en een substraat van glasvezel-polyester. Onderzoekers van de Zuid-Koreaanse Samsung en Sungkyunkwan Universiteit hebben een stuk puur grafeen ter grootte van een tv gefabriceerd op een 63 cm brede flexibele transparante glasvezel-polyesterplaat. Ze zeiden dat dit veruit het grootste “bulk” grafeenblok is. Vervolgens gebruikten ze het grafeenblok om een flexibel touchscreen te creëren.
6. De onderzoekers zeiden dat mensen in theorie hun smartphones kunnen oprollen en als een potlood achter hun oren kunnen prikken. Nieuwe energiebatterijen Nieuwe energiebatterijen zijn ook een belangrijk gebied van het eerste commerciële gebruik van grafeen. Het Massachusetts Institute of Technology in de Verenigde Staten heeft met succes flexibele fotovoltaïsche panelen ontwikkeld met grafeen-nanocoatings op het oppervlak, die de productiekosten van transparante en vervormbare zonnecellen aanzienlijk kunnen verlagen. Dergelijke batterijen kunnen worden gebruikt in nachtkijkers, camera's en andere kleine digitale camera's. Toepassing in het apparaat. Bovendien heeft het succesvolle onderzoek en de ontwikkeling van grafeen-superbatterijen ook de problemen van onvoldoende capaciteit en lange oplaadtijd van nieuwe energievoertuigbatterijen opgelost, waardoor de ontwikkeling van de nieuwe energiebatterij-industrie aanzienlijk is versneld.
7. Deze reeks onderzoeksresultaten maakte de weg vrij voor de toepassing van grafeen in de nieuwe energiebatterij-industrie. Ontzilting grafeenfilters worden meer gebruikt dan andere ontziltingstechnologieën. Nadat de grafeenoxidefilm in de wateromgeving in nauw contact is gekomen met water, kan een kanaal met een breedte van ongeveer 0,9 nanometer worden gevormd, waar ionen of moleculen kleiner dan deze grootte snel doorheen kunnen gaan. De grootte van de capillaire kanalen in de grafeenfilm wordt mechanisch verder gecomprimeerd en de poriegrootte wordt gecontroleerd, waardoor het zout in het zeewater efficiënt kan worden gefilterd. Het waterstofopslagmateriaal grafeen heeft de voordelen van een laag gewicht, hoge chemische stabiliteit en een hoog specifiek oppervlak, waardoor het de beste kandidaat is voor waterstofopslagmaterialen. Vanwege de kenmerken van hoge geleidbaarheid, hoge sterkte, ultralicht en dun in de lucht- en ruimtevaart, zijn de toepassingsvoordelen van grafeen in de lucht- en ruimtevaart- en militaire industrie ook buitengewoon prominent.
8. In 2014 ontwikkelde NASA in de Verenigde Staten een grafeensensor die in de ruimtevaart wordt gebruikt en die sporenelementen in de atmosfeer op grote hoogte van de aarde en structurele defecten aan ruimtevaartuigen kan detecteren. Grafeen zal ook een belangrijkere rol spelen in potentiële toepassingen zoals ultralichte vliegtuigmaterialen. Het lichtgevoelige element is een nieuw type lichtgevoelig element waarbij grafeen als materiaal van het lichtgevoelige element wordt gebruikt. Door een speciale structuur wordt verwacht dat het lichtgevoelige vermogen duizenden keren zal toenemen in vergelijking met de bestaande CMOS of CCD, en dat het energieverbruik slechts 10% van het origineel bedraagt. Het kan worden gebruikt op het gebied van monitoren en satellietbeelden, en kan worden gebruikt in camera's, smartphones, enz. Composietmaterialen Op grafeen gebaseerde composietmaterialen zijn een belangrijke onderzoeksrichting op het gebied van grafeentoepassingen. Ze hebben uitstekende prestaties laten zien op het gebied van energieopslag, apparaten met vloeibare kristallen, elektronische apparaten, biologische materialen, sensormaterialen en katalysatordragers, en hebben een breed scala aan toepassingsmogelijkheden.
9. Momenteel richt het onderzoek naar grafeencomposieten zich vooral op grafeenpolymeercomposieten en op grafeen gebaseerde anorganische nanocomposieten. Met de verdieping van grafeenonderzoek en de toepassing van grafeenversterkingen in bulkmetaalgebaseerde composieten besteden mensen steeds meer aandacht. Multifunctionele polymeercomposieten en zeer sterke poreuze keramische materialen gemaakt van grafeen versterken veel speciale eigenschappen van composietmaterialen. Biografeen wordt gebruikt om de osteogene differentiatie van mesenchymale stamcellen van menselijk beenmerg te versnellen, en het wordt ook gebruikt om biosensoren van epitaxiaal grafeen op siliciumcarbide te maken. Tegelijkertijd kan grafeen worden gebruikt als zenuwinterface-elektrode zonder eigenschappen zoals signaalsterkte of littekenweefselvorming te veranderen of te vernietigen. Vanwege hun flexibiliteit, biocompatibiliteit en geleidbaarheid zijn grafeenelektroden in vivo veel stabieler dan wolfraam- of siliciumelektroden. Grafeenoxide is zeer effectief in het remmen van de groei van E. coli zonder menselijke cellen te beschadigen.
Posttijd: 06-nov-2021