1. Wraz ze stopniowym przełomem masowej produkcji i problemami wielkogabarytowymi, tempo przemysłowego zastosowania grafenu przyspiesza. Bazując na dotychczasowych wynikach badań, pierwszymi zastosowaniami komercyjnymi mogą być urządzenia mobilne, lotnictwo i nowa energia. Pole baterii. Badania podstawowe Grafen ma szczególne znaczenie dla badań podstawowych w fizyce. Umożliwia uzyskanie efektów kwantowych, które można wykazać jedynie teoretycznie, zanim będzie można je zweryfikować eksperymentalnie.
2. W grafenie dwuwymiarowym masa elektronów wydaje się nie istnieć. Ta właściwość sprawia, że grafen jest rzadką materią skondensowaną, którą można wykorzystać do badania relatywistycznej mechaniki kwantowej – gdyż cząstki bezmasowe muszą poruszać się z prędkością światła. Dlatego musi być opisywany przez relatywistyczną mechanikę kwantową, co wyznacza fizykom teoretycznym nowy kierunek badań: niektóre eksperymenty, które pierwotnie należało przeprowadzić w gigantycznych akceleratorach cząstek, można przeprowadzić z grafenem w małych laboratoriach. Półprzewodniki o zerowej przerwie energetycznej to głównie grafen jednowarstwowy, a ta struktura elektronowa poważnie wpłynie na rolę cząsteczek gazu na jego powierzchni. W porównaniu z grafitem w masie, funkcję jednowarstwowego grafenu w zwiększaniu aktywności reakcji powierzchniowych pokazano na podstawie wyników reakcji uwodornienia i utleniania grafenu, wskazując, że struktura elektronowa grafenu może modulować aktywność powierzchniową.
3. Ponadto strukturę elektronową grafenu można odpowiednio zmienić poprzez indukcję adsorpcji cząsteczek gazu, co nie tylko zmienia stężenie nośników, ale także może być domieszkowane różnymi grafenami. Grafen czujnikowy można przekształcić w czujnik chemiczny. Proces ten jest dopełniany głównie przez zdolność grafenu do adsorpcji powierzchniowej. Według badań części uczonych czułość detektorów chemicznych grafenu można porównać z granicą wykrywalności pojedynczych cząsteczek. Unikalna dwuwymiarowa struktura grafenu sprawia, że jest on bardzo wrażliwy na otaczające środowisko. Grafen jest idealnym materiałem na biosensory elektrochemiczne. Czujniki wykonane z grafenu mają dobrą czułość w wykrywaniu dopaminy i glukozy w medycynie. Grafen tranzystorowy można wykorzystać do produkcji tranzystorów. Dzięki dużej stabilności struktury grafenu, tego typu tranzystor może nadal pracować stabilnie w skali pojedynczego atomu.
4. Natomiast obecne tranzystory krzemowe utracą swoją stabilność w skali około 10 nanometrów; ultraszybka prędkość reakcji elektronów w grafenie na pole zewnętrzne sprawia, że wykonane z niego tranzystory mogą osiągać bardzo wysoką częstotliwość pracy. Na przykład IBM ogłosił w lutym 2010 r., że zwiększy częstotliwość roboczą tranzystorów grafenowych do 100 GHz, czyli przewyższającą częstotliwość roboczą tranzystorów krzemowych tej samej wielkości. Elastyczny wyświetlacz Zginany ekran wzbudził duże zainteresowanie na targach Consumer Electronics Show i stał się trendem w rozwoju elastycznych ekranów do wyświetlaczy urządzeń mobilnych w przyszłości.
5. Przyszły rynek elastycznych wyświetlaczy jest szeroki, obiecująca jest także perspektywa grafenu jako materiału podstawowego. Południowokoreańscy badacze po raz pierwszy wyprodukowali elastyczny, przezroczysty wyświetlacz składający się z wielu warstw grafenu i podłoża z arkusza poliestru z włókna szklanego. Naukowcy z południowokoreańskich firm Samsung i Sungkyunkwan University wyprodukowali kawałek czystego grafenu wielkości telewizora na elastycznej, przezroczystej płycie poliestrowej z włókna szklanego o szerokości 63 cm. Powiedzieli, że jest to zdecydowanie największy „masowy” blok grafenu. Następnie wykorzystali blok grafenowy do stworzenia elastycznego ekranu dotykowego.
6. Naukowcy stwierdzili, że teoretycznie ludzie mogą zwinąć smartfon i przypiąć go za uchem jak ołówek. Nowe baterie energetyczne Nowe baterie energetyczne to także ważny obszar najwcześniejszego komercyjnego wykorzystania grafenu. Massachusetts Institute of Technology w Stanach Zjednoczonych z sukcesem opracował elastyczne panele fotowoltaiczne z nanopowłokami grafenowymi na powierzchni, które mogą znacznie obniżyć koszty produkcji przezroczystych i odkształcalnych ogniw słonecznych. Baterie takie można stosować w goglach noktowizyjnych, aparatach fotograficznych i innych małych aparatach cyfrowych. Aplikacja w urządzeniu. Ponadto pomyślne badania i rozwój superbaterii grafenowych rozwiązały również problemy niewystarczającej pojemności i długiego czasu ładowania nowych akumulatorów pojazdów energetycznych, znacznie przyspieszając rozwój nowego przemysłu akumulatorów energetycznych.
7. Ta seria wyników badań utorowała drogę do zastosowania grafenu w przemyśle nowych akumulatorów energetycznych. Filtry grafenowe do odsalania są stosowane częściej niż inne technologie odsalania. Po bliskim kontakcie warstwy tlenku grafenu w środowisku wodnym z wodą może powstać kanał o szerokości około 0,9 nanometra, przez który mogą szybko przejść jony lub cząsteczki mniejsze niż ten rozmiar. Rozmiar kanałów kapilarnych w folii grafenowej jest dalej ściskany za pomocą środków mechanicznych, a wielkość porów jest kontrolowana, co może skutecznie filtrować sól w wodzie morskiej. Grafen, materiał do magazynowania wodoru, ma zalety lekkości, wysokiej stabilności chemicznej i dużej powierzchni właściwej, co czyni go najlepszym kandydatem na materiały do magazynowania wodoru. Ze względu na wysoką przewodność, wysoką wytrzymałość, ultralekki i cienki w przemyśle lotniczym, zalety zastosowania grafenu w przemyśle lotniczym i wojskowym są również niezwykle widoczne.
8. W 2014 roku NASA w Stanach Zjednoczonych opracowała czujnik grafenowy stosowany w lotnictwie i kosmonautyce, który może wykrywać pierwiastki śladowe w atmosferze ziemskiej na dużych wysokościach oraz defekty strukturalne statków kosmicznych. Grafen będzie również odgrywał ważniejszą rolę w potencjalnych zastosowaniach, takich jak ultralekkie materiały lotnicze. Element światłoczuły to nowy typ elementu światłoczułego wykorzystujący grafen jako materiał elementu światłoczułego. Oczekuje się, że dzięki specjalnej strukturze zwiększy zdolność światłoczułą tysiące razy w porównaniu z istniejącymi CMOS lub CCD, a zużycie energii wynosi tylko 10% oryginału. Może znaleźć zastosowanie w monitorach i obrazowaniu satelitarnym, a także w aparatach fotograficznych, smartfonach itp. Materiały kompozytowe Materiały kompozytowe na bazie grafenu stanowią ważny kierunek badań w zakresie zastosowań grafenu. Wykazali się doskonałą wydajnością w dziedzinie magazynowania energii, urządzeń ciekłokrystalicznych, urządzeń elektronicznych, materiałów biologicznych, materiałów czujnikowych i nośników katalizatorów oraz mają szeroki zakres perspektyw zastosowań.
9. Obecnie badania kompozytów grafenowych skupiają się głównie na kompozytach polimerowo-grafenowych oraz nanokompozytach nieorganicznych na bazie grafenu. Wraz z pogłębianiem się badań nad grafenem, zastosowaniem wzmocnień grafenu w masowych kompozytach na bazie metali, ludzie zwracają coraz większą uwagę. Wielofunkcyjne kompozyty polimerowe i porowate materiały ceramiczne o wysokiej wytrzymałości wykonane z grafenu poprawiają wiele specjalnych właściwości materiałów kompozytowych. Biografen wykorzystuje się do przyspieszania osteogennego różnicowania mezenchymalnych komórek macierzystych ludzkiego szpiku kostnego, a także do wytwarzania biosensorów z grafenu epitaksjalnego na węgliku krzemu. Jednocześnie grafen można stosować jako elektrodę na styku nerwów, nie zmieniając ani nie niszcząc takich właściwości, jak siła sygnału czy tworzenie się tkanki bliznowatej. Ze względu na swoją elastyczność, biokompatybilność i przewodność elektrody grafenowe są znacznie stabilniejsze in vivo niż elektrody wolframowe czy krzemowe. Tlenek grafenu bardzo skutecznie hamuje wzrost E. coli bez szkody dla ludzkich komórek.
Czas publikacji: 6 listopada 2021 r