1. S postupným prelomom masovej výroby a rozsiahlymi problémami sa tempo priemyselnej aplikácie grafénu zrýchľuje. Na základe existujúcich výsledkov výskumu môžu byť prvé komerčné aplikácie mobilné zariadenia, letectvo a nová energia. Pole batérie. Základný výskum Grafén má osobitný význam pre základný výskum vo fyzike. Umožňuje niektoré kvantové efekty, ktoré je možné demonštrovať iba teoreticky, predtým, ako ich možno overiť experimentmi.
2. V dvojrozmernom graféne sa zdá, že hmotnosť elektrónov neexistuje. Táto vlastnosť robí z grafénu vzácnu kondenzovanú hmotu, ktorú možno použiť na štúdium relativistickej kvantovej mechaniky – pretože bezhmotné častice sa musia pohybovať rýchlosťou svetla, preto ho musí opísať relativistická kvantová mechanika, ktorá teoretickým fyzikom poskytuje nový smer výskumu: niektoré experimenty, ktoré bolo pôvodne potrebné vykonať v obrovských urýchľovačoch častíc, je možné vykonať s grafénom v malých laboratóriách. Polovodiče s nulovou energetickou medzerou sú hlavne jednovrstvový grafén a táto elektronická štruktúra vážne ovplyvní úlohu molekúl plynu na jej povrchu. V porovnaní s objemovým grafitom funkciu jednovrstvového grafénu na zvýšenie aktivity povrchovej reakcie ukazujú výsledky hydrogenačných a oxidačných reakcií grafénu, čo naznačuje, že elektronická štruktúra grafénu môže modulovať povrchovú aktivitu.
3. Okrem toho môže byť elektronická štruktúra grafénu zodpovedajúcim spôsobom zmenená indukciou adsorpcie molekúl plynu, ktorá nielen mení koncentráciu nosičov, ale môže byť aj dopovaná rôznymi grafénmi. Senzorový grafén môže byť vyrobený do chemického senzora. Tento proces je zavŕšený hlavne povrchovou adsorpciou grafénu. Podľa výskumu niektorých vedcov možno citlivosť grafénových chemických detektorov porovnať s limitom detekcie jednej molekuly. Jedinečná dvojrozmerná štruktúra grafénu ho robí veľmi citlivým na okolité prostredie. Grafén je ideálny materiál pre elektrochemické biosenzory. Senzory vyrobené z grafénu majú dobrú citlivosť na detekciu dopamínu a glukózy v medicíne. Tranzistorový grafén možno použiť na výrobu tranzistorov. Vďaka vysokej stabilite grafénovej štruktúry môže tento typ tranzistora stále pracovať stabilne v rozsahu jedného atómu.
4. Naproti tomu súčasné tranzistory na báze kremíka stratia svoju stabilitu v mierke asi 10 nanometrov; ultra rýchla reakčná rýchlosť elektrónov v graféne na vonkajšie pole spôsobuje, že tranzistory z neho vyrobené môžu dosiahnuť veľmi vysokú prevádzkovú frekvenciu. Napríklad IBM vo februári 2010 oznámilo, že zvýši pracovnú frekvenciu grafénových tranzistorov na 100 GHz, čo prevyšuje frekvenciu kremíkových tranzistorov rovnakej veľkosti. Flexibilný displej Ohýbateľný displej vzbudil veľkú pozornosť na veľtrhu spotrebnej elektroniky a stal sa trendom vývoja flexibilných displejov pre displeje mobilných zariadení v budúcnosti.
5. Budúci trh flexibilného displeja je široký a perspektíva grafénu ako základného materiálu je tiež sľubná. Juhokórejskí vedci po prvýkrát vyrobili flexibilný priehľadný displej zložený z viacerých vrstiev grafénu a substrátu z polyesterovej fólie zo sklenených vlákien. Výskumníci z juhokórejského Samsungu a univerzity Sungkyunkwan vyrobili kúsok čistého grafénu o veľkosti televízora na 63 cm širokej flexibilnej priehľadnej polyesterovej doske zo sklenených vlákien. Povedali, že toto je zďaleka najväčší „hromadný“ grafénový blok. Následne pomocou grafénového bloku vytvorili flexibilnú dotykovú obrazovku.
6. Vedci uviedli, že teoreticky môžu ľudia svoje smartfóny zrolovať a pripnúť si ich za uši ako ceruzku. Nové energetické batérie Nové energetické batérie sú tiež dôležitou oblasťou najskoršieho komerčného využitia grafénu. Massachusetts Institute of Technology v Spojených štátoch úspešne vyvinul flexibilné fotovoltaické panely s grafénovými nanopovlakmi na povrchu, ktoré môžu výrazne znížiť náklady na výrobu priehľadných a deformovateľných solárnych článkov. Takéto batérie možno použiť v okuliaroch na nočné videnie, fotoaparátoch a iných malých digitálnych fotoaparátoch. Aplikácia v zariadení. Okrem toho úspešný výskum a vývoj grafénových super batérií tiež vyriešil problémy s nedostatočnou kapacitou a dlhou dobou nabíjania nových batérií energetických vozidiel, čo výrazne urýchlilo rozvoj priemyslu nových energetických batérií.
7. Táto séria výsledkov výskumu pripravila cestu pre aplikáciu grafénu v priemysle nových energetických batérií. Odsoľovacie grafénové filtre sa používajú viac ako iné technológie odsoľovania. Keď je film oxidu grafénu vo vodnom prostredí v tesnom kontakte s vodou, môže sa vytvoriť kanál so šírkou asi 0,9 nanometrov a ióny alebo molekuly menšie ako táto veľkosť môžu rýchlo prechádzať. Veľkosť kapilárnych kanálikov v grafénovom filme je ďalej stlačená mechanickými prostriedkami a veľkosť pórov je kontrolovaná, čo môže účinne filtrovať soľ v morskej vode. Materiál na skladovanie vodíka grafén má výhody nízkej hmotnosti, vysokej chemickej stability a vysokého špecifického povrchu, čo z neho robí najlepšieho kandidáta na materiály na skladovanie vodíka. Vďaka vlastnostiam vysokej vodivosti, vysokej pevnosti, ultraľahkej a tenkej konštrukcie v kozmickom priemysle sú mimoriadne významné aj aplikačné výhody grafénu v leteckom a vojenskom priemysle.
8. V roku 2014 vyvinula NASA v Spojených štátoch grafénový senzor používaný v oblasti letectva a kozmonautiky, ktorý dokáže odhaliť stopové prvky vo vysokohorskej atmosfére zeme a štrukturálne defekty na kozmických lodiach. Grafén bude tiež hrať dôležitejšiu úlohu v potenciálnych aplikáciách, ako sú materiály pre ultraľahké lietadlá. Fotosenzitívny prvok je nový typ fotosenzitívneho prvku využívajúci grafén ako materiál fotosenzitívneho prvku. Očakáva sa, že vďaka špeciálnej štruktúre tisíckrát zvýši schopnosť fotosenzitivity v porovnaní s existujúcimi CMOS alebo CCD a spotreba energie je len 10% pôvodnej. Môže byť použitý v oblasti monitorov a satelitného zobrazovania a môže byť použitý vo fotoaparátoch, smartfónoch atď. Kompozitné materiály Kompozitné materiály na báze grafénu sú dôležitým smerom výskumu v oblasti aplikácií grafénu. Preukázali vynikajúci výkon v oblasti skladovania energie, zariadení s tekutými kryštálmi, elektronických zariadení, biologických materiálov, snímacích materiálov a nosičov katalyzátorov a majú širokú škálu aplikačných vyhliadok.
9. V súčasnosti sa výskum grafénových kompozitov zameriava najmä na grafénové polymérové kompozity a anorganické nanokompozity na báze grafénu. S prehlbovaním výskumu grafénu, aplikovaniu grafénových výstuží v hromadných kompozitoch na báze kovov Ľudia venujú čoraz väčšiu pozornosť. Multifunkčné polymérne kompozity a vysokopevnostné porézne keramické materiály vyrobené z grafénu zlepšujú mnohé špeciálne vlastnosti kompozitných materiálov. Biografén sa používa na urýchlenie osteogénnej diferenciácie mezenchymálnych kmeňových buniek ľudskej kostnej drene a tiež sa používa na výrobu biosenzorov epitaxného grafénu na karbid kremíka. Zároveň môže byť grafén použitý ako elektróda nervového rozhrania bez zmeny alebo zničenia vlastností, ako je sila signálu alebo tvorba jazvového tkaniva. Vďaka svojej flexibilite, biokompatibilite a vodivosti sú grafénové elektródy in vivo oveľa stabilnejšie ako volfrámové alebo kremíkové elektródy. Oxid grafénu je veľmi účinný pri inhibícii rastu E. coli bez poškodenia ľudských buniek.
Čas uverejnenia: 6. novembra 2021