Aplicação de Grafeno

1. Com o avanço gradual da produção em massa e problemas de grande porte, o ritmo da aplicação industrial do grafeno está se acelerando. Com base nos resultados de pesquisas existentes, as primeiras aplicações comerciais podem ser dispositivos móveis, aeroespaciais e novas energias. Campo de bateria. Pesquisa básica O grafeno tem um significado especial para a pesquisa básica em física. Ele permite alguns efeitos quânticos que só podem ser demonstrados teoricamente antes de serem verificados por meio de experimentos.

2. No grafeno bidimensional, a massa dos elétrons parece inexistente. Esta propriedade torna o grafeno uma matéria condensada rara que pode ser usada para estudar a mecânica quântica relativística – porque partículas sem massa devem se mover à velocidade da luz. Portanto, deve ser descrito pela mecânica quântica relativística, que fornece aos físicos teóricos uma nova direção de pesquisa: alguns experimentos que originalmente precisavam ser realizados em aceleradores de partículas gigantes podem ser realizados com grafeno em pequenos laboratórios. Os semicondutores com gap de energia zero são principalmente grafeno de camada única, e essa estrutura eletrônica afetará seriamente o papel das moléculas de gás em sua superfície. Comparado com o grafite a granel, a função do grafeno de camada única para aumentar a atividade da reação superficial é mostrada pelos resultados das reações de hidrogenação e oxidação do grafeno, indicando que a estrutura eletrônica do grafeno pode modular a atividade superficial.

3. Além disso, a estrutura eletrônica do grafeno pode ser alterada de forma correspondente pela indução da adsorção de moléculas de gás, que não apenas altera a concentração de transportadores, mas também pode ser dopada com diferentes grafenos. O sensor de grafeno pode ser transformado em um sensor químico. Este processo é completado principalmente pelo desempenho de adsorção superficial do grafeno. De acordo com pesquisas de alguns estudiosos, a sensibilidade dos detectores químicos de grafeno pode ser comparada com o limite da detecção de uma única molécula. A estrutura bidimensional única do grafeno torna-o muito sensível ao ambiente circundante. O grafeno é um material ideal para biossensores eletroquímicos. Sensores feitos de grafeno têm boa sensibilidade para detectar dopamina e glicose na medicina. O grafeno transistor pode ser usado para fazer transistores. Devido à alta estabilidade da estrutura do grafeno, este tipo de transistor ainda pode funcionar de forma estável na escala de um único átomo.

4. Em contraste, os actuais transístores baseados em silício perderão a sua estabilidade na escala de cerca de 10 nanómetros; a velocidade de reação ultrarrápida dos elétrons no grafeno ao campo externo faz com que os transistores feitos dele possam atingir uma frequência operacional muito alta. Por exemplo, a IBM anunciou em fevereiro de 2010 que aumentaria a frequência operacional dos transistores de grafeno para 100 GHz, o que excede a dos transistores de silício do mesmo tamanho. Tela flexível A tela dobrável atraiu muita atenção na Consumer Electronics Show e se tornou a tendência no desenvolvimento de telas flexíveis para telas de dispositivos móveis no futuro.

5. O futuro mercado de displays flexíveis é amplo e a perspectiva do grafeno como material básico também é promissora. Pesquisadores sul-coreanos produziram pela primeira vez um display flexível e transparente composto por múltiplas camadas de grafeno e um substrato de fibra de vidro e poliéster. Pesquisadores da Samsung da Coreia do Sul e da Universidade Sungkyunkwan fabricaram um pedaço de grafeno puro do tamanho de uma TV em uma placa flexível de fibra de vidro transparente de poliéster com 63 cm de largura. Eles disseram que este é de longe o maior bloco de grafeno “em massa”. Posteriormente, eles usaram o bloco de grafeno para criar uma tela sensível ao toque flexível.

6. Os pesquisadores disseram que, em teoria, as pessoas podem enrolar seus smartphones e prendê-los atrás das orelhas como um lápis. Novas baterias de energia As novas baterias de energia também são uma área importante do primeiro uso comercial do grafeno. O Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, desenvolveu com sucesso painéis fotovoltaicos flexíveis com nanorrevestimentos de grafeno na superfície, o que pode reduzir significativamente o custo de fabricação de células solares transparentes e deformáveis. Essas baterias podem ser usadas em óculos de visão noturna, câmeras e outras pequenas câmeras digitais. Aplicação no dispositivo. Além disso, a pesquisa e o desenvolvimento bem-sucedidos de superbaterias de grafeno também resolveram os problemas de capacidade insuficiente e longo tempo de carregamento de baterias de veículos de energia nova, acelerando enormemente o desenvolvimento da indústria de baterias de nova energia.

7. Esta série de resultados de pesquisa abriu caminho para a aplicação do grafeno na nova indústria de baterias de energia. Os filtros de dessalinização de grafeno são mais usados ​​do que outras tecnologias de dessalinização. Depois que o filme de óxido de grafeno no ambiente aquático está em contato próximo com a água, um canal com largura de cerca de 0,9 nanômetros pode ser formado, e íons ou moléculas menores que esse tamanho podem passar rapidamente. O tamanho dos canais capilares no filme de grafeno é ainda mais comprimido por meios mecânicos e o tamanho dos poros é controlado, o que pode filtrar com eficiência o sal da água do mar. O grafeno, material de armazenamento de hidrogênio, tem as vantagens de peso leve, alta estabilidade química e alta área superficial específica, tornando-o o melhor candidato para materiais de armazenamento de hidrogênio. Devido às características de alta condutividade, alta resistência, ultraleve e fino na indústria aeroespacial, as vantagens de aplicação do grafeno na indústria aeroespacial e militar também são extremamente proeminentes.

8. Em 2014, a NASA nos Estados Unidos desenvolveu um sensor de grafeno usado no campo aeroespacial, que pode detectar oligoelementos na atmosfera de alta altitude da Terra e defeitos estruturais em naves espaciais. O grafeno também desempenhará um papel mais importante em aplicações potenciais, como materiais para aeronaves ultraleves. O elemento fotossensível é um novo tipo de elemento fotossensível que usa grafeno como material do elemento fotossensível. Através de uma estrutura especial, espera-se aumentar a capacidade fotossensível em milhares de vezes em comparação com o CMOS ou CCD existente, e o consumo de energia é de apenas 10% do original. Ele pode ser usado na área de monitores e imagens de satélite, e pode ser usado em câmeras, smartphones, etc. Materiais compósitos Materiais compósitos à base de grafeno são uma importante direção de pesquisa no campo de aplicações de grafeno. Eles demonstraram excelente desempenho nas áreas de armazenamento de energia, dispositivos de cristal líquido, dispositivos eletrônicos, materiais biológicos, materiais de detecção e portadores de catalisador, e têm uma ampla gama de perspectivas de aplicação.

9. Atualmente, a pesquisa de compósitos de grafeno concentra-se principalmente em compósitos poliméricos de grafeno e nanocompósitos inorgânicos à base de grafeno. Com o aprofundamento da pesquisa sobre o grafeno, a aplicação de reforços de grafeno em compósitos à base de metal a granel As pessoas estão prestando cada vez mais atenção. Compósitos poliméricos multifuncionais e materiais cerâmicos porosos de alta resistência feitos de grafeno melhoram muitas propriedades especiais dos materiais compósitos. O biografeno é usado para acelerar a diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais da medula óssea humana e também para fazer biossensores de grafeno epitaxial em carboneto de silício. Ao mesmo tempo, o grafeno pode ser usado como eletrodo de interface nervosa sem alterar ou destruir propriedades como intensidade do sinal ou formação de tecido cicatricial. Devido à sua flexibilidade, biocompatibilidade e condutividade, os eletrodos de grafeno são muito mais estáveis ​​in vivo do que os eletrodos de tungstênio ou silício. O óxido de grafeno é muito eficaz na inibição do crescimento de E. coli sem prejudicar as células humanas.