Wyjątkowa zdolność grafitu do przewodzenia prądu elektrycznego podczas rozpraszania lub przenoszenia ciepła z kluczowych elementów sprawia, że jest to doskonały materiał do zastosowań w elektronice, w tym w półprzewodnikach, silnikach elektrycznych, a nawet do produkcji nowoczesnych baterii.
Grafen to coś, co naukowcy i inżynierowie nazywają pojedynczą warstwą grafitu na poziomie atomowym, a te cienkie warstwy grafenu są zwijane i wykorzystywane w nanorurkach. Jest to prawdopodobnie spowodowane imponującą przewodnością elektryczną oraz wyjątkową wytrzymałością i sztywnością materiału.
Dzisiejsze nanorurki węglowe są zbudowane ze stosunkiem długości do średnicy sięgającym 132 000 000:1, czyli znacznie większym niż jakikolwiek inny materiał. Oprócz zastosowania w nanotechnologii, która jest wciąż dość nowa w świecie półprzewodników, należy zauważyć, że większość producentów grafitu od dziesięcioleci wytwarza określone gatunki grafitu dla przemysłu półprzewodników.
2. Silniki elektryczne, generatory i alternatory
Materiał grafitowy jest również często stosowany w silnikach elektrycznych, generatorach i alternatorach w postaci szczotek węglowych. W tym przypadku „szczotka” to urządzenie przewodzące prąd pomiędzy nieruchomymi drutami a kombinacją ruchomych części i zwykle jest umieszczone w obracającym się wale.
3. Implantacja jonowa
Grafit jest obecnie coraz częściej stosowany w przemyśle elektronicznym. Jest stosowany w implantacji jonów, termoparach, przełącznikach elektrycznych, kondensatorach, tranzystorach i bateriach.
Implantacja jonów to proces inżynieryjny, podczas którego jony określonego materiału są przyspieszane w polu elektrycznym i uderzane w inny materiał w ramach formy impregnacji. Jest to jeden z podstawowych procesów stosowanych w produkcji mikrochipów do naszych nowoczesnych komputerów, a atomy grafitu są zazwyczaj jednym z typów atomów wprowadzanych do mikrochipów na bazie krzemu.
Oprócz wyjątkowej roli grafitu w produkcji mikrochipów, innowacje na bazie grafitu są obecnie wykorzystywane do zastąpienia tradycyjnych kondensatorów i tranzystorów. Według niektórych badaczy grafen może być w ogóle możliwą alternatywą dla krzemu. Jest 100 razy cieńszy od najmniejszego tranzystora krzemowego, znacznie wydajniej przewodzi prąd i ma egzotyczne właściwości, które mogą być bardzo przydatne w obliczeniach kwantowych. Grafen był również stosowany w nowoczesnych kondensatorach. W rzeczywistości superkondensatory grafenowe są podobno 20 razy mocniejsze niż tradycyjne kondensatory (wydzielają 20 W/cm3) i mogą być 3 razy mocniejsze niż dzisiejsze akumulatory litowo-jonowe o dużej mocy.
4. Baterie
Jeśli chodzi o akumulatory (ogniwa suche i litowo-jonowe), tutaj również odegrały rolę materiały węglowe i grafitowe. W przypadku tradycyjnego ogniwa suchego (baterie, których często używamy w naszych radiach, latarkach, pilotach i zegarkach) metalowa elektroda lub pręt grafitowy (katoda) jest otoczona wilgotną pastą elektrolitową i oba są otoczone wewnątrz metalowy cylinder.
Dzisiejsze nowoczesne akumulatory litowo-jonowe również wykorzystują grafit – jako anodę. Starsze akumulatory litowo-jonowe wykorzystywały tradycyjne materiały grafitowe, jednak teraz, gdy grafen staje się coraz łatwiejszy, zamiast niego stosuje się anody grafenowe – głównie z dwóch powodów; 1. anody grafenowe lepiej utrzymują energię i 2. zapewniają 10 razy szybszy czas ładowania niż w przypadku tradycyjnego akumulatora litowo-jonowego.
Akumulatory litowo-jonowe cieszą się obecnie coraz większą popularnością. Są one obecnie często stosowane w naszych urządzeniach gospodarstwa domowego, przenośnej elektronice, laptopach, smartfonach, hybrydowych samochodach elektrycznych, pojazdach wojskowych, a także w zastosowaniach lotniczych.
Czas publikacji: 15 marca 2021 r