1. С постепенным прорывом массового производства и проблемами больших размеров темпы промышленного применения графена ускоряются. Судя по результатам существующих исследований, первыми коммерческими приложениями могут стать мобильные устройства, аэрокосмическая промышленность и новая энергетика. Батарейное поле. Фундаментальные исследования Графен имеет особое значение для фундаментальных исследований в физике. Это позволяет реализовать некоторые квантовые эффекты, которые можно продемонстрировать только теоретически, прежде чем можно будет проверить с помощью экспериментов.
2. В двумерном графене масса электронов кажется несуществующей. Это свойство делает графен редким конденсированным веществом, которое можно использовать для изучения релятивистской квантовой механики, поскольку безмассовые частицы должны двигаться со скоростью света. Следовательно, он должен описываться релятивистской квантовой механикой, которая открывает физикам-теоретикам новое направление исследований: некоторые эксперименты, которые изначально нужно было проводить на гигантских ускорителях частиц, можно проводить с графеном в небольших лабораториях. Полупроводники с нулевой энергетической щелью представляют собой в основном однослойный графен, и эта электронная структура серьезно повлияет на роль молекул газа на его поверхности. По сравнению с объемным графитом, функция однослойного графена по повышению активности поверхностных реакций показана результатами реакций гидрирования и окисления графена, что указывает на то, что электронная структура графена может модулировать поверхностную активность.
3. Кроме того, электронная структура графена может быть соответствующим образом изменена за счет индукции адсорбции молекул газа, что не только меняет концентрацию носителей, но и может быть легировано различными графенами. Сенсорный графен можно превратить в химический сенсор. Этот процесс в основном завершается поверхностной адсорбцией графена. Согласно исследованиям некоторых ученых, чувствительность графеновых химических детекторов можно сравнить с пределом обнаружения одиночных молекул. Уникальная двумерная структура графена делает его очень чувствительным к окружающей среде. Графен — идеальный материал для электрохимических биосенсоров. Сенсоры из графена обладают хорошей чувствительностью для обнаружения дофамина и глюкозы в медицине. Транзисторный графен можно использовать для изготовления транзисторов. Благодаря высокой стабильности структуры графена этот тип транзистора все еще может стабильно работать в масштабе одного атома.
4. Напротив, нынешние кремниевые транзисторы потеряют свою стабильность в масштабе около 10 нанометров; Сверхбыстрая скорость реакции электронов в графене на внешнее поле позволяет транзисторам, изготовленным из него, достигать очень высокой рабочей частоты. Например, IBM объявила в феврале 2010 года, что увеличит рабочую частоту графеновых транзисторов до 100 ГГц, что превышает частоту кремниевых транзисторов того же размера. Гибкий дисплей. Гибкий экран привлек большое внимание на выставке Consumer Electronics Show и стал тенденцией разработки гибких экранов для дисплеев мобильных устройств в будущем.
5. Будущий рынок гибких дисплеев широк, и перспектива использования графена в качестве основного материала также многообещающа. Южнокорейские исследователи впервые создали гибкий прозрачный дисплей, состоящий из нескольких слоев графена и листовой подложки из стекловолокна и полиэстера. Исследователи из южнокорейского университета Samsung и Университета Сунгюнкван изготовили кусок чистого графена размером с телевизор на гибкой прозрачной полиэфирной плите из стекловолокна шириной 63 см. Они сказали, что это, безусловно, самый крупный «объёмный» графеновый блок. Впоследствии они использовали графеновый блок для создания гибкого сенсорного экрана.
6. Исследователи заявили, что теоретически люди могут свернуть свои смартфоны и закрепить их за ушами, как карандаш. Батареи новой энергии Батареи новой энергии также являются важной областью самого раннего коммерческого использования графена. Массачусетский технологический институт в США успешно разработал гибкие фотоэлектрические панели с графеновыми нанопокрытиями на поверхности, которые могут значительно снизить стоимость производства прозрачных и деформируемых солнечных элементов. Такие батареи можно использовать в очках ночного видения, фотоаппаратах и других небольших цифровых фотоаппаратах. Приложение в устройстве. Кроме того, успешные исследования и разработки графеновых супербатарей также решили проблемы недостаточной емкости и длительного времени зарядки автомобильных аккумуляторов на новой энергии, что значительно ускорило развитие индустрии аккумуляторов новой энергии.
7. Эта серия результатов исследований проложила путь к применению графена в индустрии аккумуляторов новой энергии. Графеновые фильтры для опреснения используются чаще, чем другие технологии опреснения. После того, как пленка оксида графена в водной среде находится в тесном контакте с водой, может образоваться канал шириной около 0,9 нанометра, через который могут быстро проходить ионы или молекулы меньше этого размера. Размер капиллярных каналов в графеновой пленке дополнительно сжимается механическими средствами, а размер пор контролируется, что позволяет эффективно фильтровать соль в морской воде. Материал для хранения водорода графен обладает такими преимуществами, как легкий вес, высокая химическая стабильность и высокая удельная поверхность, что делает его лучшим кандидатом в качестве материалов для хранения водорода. Благодаря характеристикам высокой проводимости, высокой прочности, сверхлегкости и тонкости в аэрокосмической промышленности, преимущества применения графена в аэрокосмической и военной промышленности также чрезвычайно заметны.
8. В 2014 году НАСА в США разработало графеновый датчик, используемый в аэрокосмической сфере, который позволяет обнаруживать микроэлементы в высотной атмосфере Земли и структурные дефекты на космических кораблях. Графен также будет играть более важную роль в потенциальных приложениях, таких как материалы для сверхлегких самолетов. Светочувствительный элемент — это новый тип светочувствительного элемента, в котором в качестве материала светочувствительного элемента используется графен. Ожидается, что за счет специальной структуры светочувствительная способность увеличится в тысячи раз по сравнению с существующими CMOS или CCD, а энергопотребление составит всего 10% от исходного. Его можно использовать в области мониторов и спутниковой съемки, а также в камерах, смартфонах и т. д. Композитные материалы Композитные материалы на основе графена являются важным направлением исследований в области применения графена. Они продемонстрировали отличные характеристики в области хранения энергии, жидкокристаллических устройств, электронных устройств, биологических материалов, сенсорных материалов и носителей катализаторов и имеют широкий спектр перспектив применения.
9. В настоящее время исследования графеновых композитов в основном сосредоточены на полимерных композитах графена и неорганических нанокомпозитах на основе графена. С углублением исследований графена люди уделяют все больше и больше внимания применению графенового армирования в объемных композитах на основе металлов. Многофункциональные полимерные композиты и высокопрочные пористые керамические материалы на основе графена усиливают многие специальные свойства композиционных материалов. Биографен используется для ускорения остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека, а также для изготовления биосенсоров из эпитаксиального графена на карбиде кремния. В то же время графен можно использовать в качестве электрода для нервного интерфейса без изменения или разрушения таких свойств, как мощность сигнала или образование рубцовой ткани. Благодаря своей гибкости, биосовместимости и проводимости графеновые электроды гораздо более стабильны in vivo, чем вольфрамовые или кремниевые электроды. Оксид графена очень эффективен в подавлении роста кишечной палочки, не нанося вреда клеткам человека.
Время публикации: 06 ноября 2021 г.