Niezwykła zdolność grafitu do przewodzenia prądu elektrycznego przy jednoczesnym odprowadzaniu lub odprowadzaniu ciepła od newralgicznych podzespołów sprawia, że jest to świetny materiał do zastosowań elektronicznych, w tym do produkcji półprzewodników, silników elektrycznych, a nawet nowoczesnych baterii.
Grafen to to, 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.
Współczesne nanorurki węglowe są zbudowane ze stosunkiem długości do średnicy wynoszącym do 132 000 000:1, co jest znacznie więcej niż w przypadku jakiegokolwiek innego materiału. Oprócz zastosowania w nanotechnologii, która jest wciąż dość nowa w świecie półprzewodników, należy zauważyć, że większość producentów grafitu od dziesięcioleci produkuje określone gatunki grafitu dla przemysłu półprzewodnikowego.
2. Silniki elektryczne, generatory i alternatory
Materiał grafitowy węglowy jest również często stosowany w silnikach elektrycznych, generatorach i alternatorach w postaci szczotek węglowych. W tym przypadku „szczotka” to urządzenie, które przewodzi prąd między nieruchomymi przewodami a kombinacją ruchomych części, i jest zwykle umieszczona w obracającym się wale.
3. Implantacja jonów
Grafit jest obecnie coraz częściej używany w przemyśle elektronicznym. Jest również używany w implantacji jonów, termoparach, przełącznikach elektrycznych, kondensatorach, tranzystorach i bateriach.
Implantacja jonów to proces inżynieryjny, w którym jony określonego materiału są przyspieszane w polu elektrycznym i uderzane w inny materiał, jako forma impregnacji. Jest to jeden z podstawowych procesów stosowanych w produkcji mikroprocesorów dla naszych nowoczesnych komputerów, a atomy grafitu są zazwyczaj jednym z typów atomów, które są wtłaczane do tych mikroprocesorów na bazie krzemu.
Oprócz unikalnej roli grafitu w produkcji mikroprocesorów, innowacje oparte na graficie są obecnie wykorzystywane do zastępowania tradycyjnych kondensatorów i tranzystorów. Według niektórych badaczy grafen może być możliwą alternatywą dla krzemu. Jest 100 razy cieńszy niż najmniejszy tranzystor krzemowy, przewodzi prąd znacznie wydajniej i ma egzotyczne właściwości, które mogą być bardzo przydatne w komputerach kwantowych. Grafen jest również stosowany w nowoczesnych kondensatorach. W rzeczywistości superkondensatory grafenowe są rzekomo 20 razy mocniejsze niż tradycyjne kondensatory (uwalniające 20 W/cm3) i mogą być 3 razy mocniejsze niż dzisiejsze wydajne baterie litowo-jonowe.
4. Baterie
Jeśli chodzi o baterie (suche ogniwa i litowo-jonowe), materiały węglowe i grafitowe również odegrały tutaj kluczową rolę. W przypadku tradycyjnych suchych ogniw (baterie, których często używamy w radiach, latarkach, pilotach i zegarkach), metalowa elektroda lub pręt grafitowy (katoda) jest otoczony wilgotną pastą elektrolitową, a oba są zamknięte w metalowym cylindrze.
Dzisiejsze nowoczesne baterie litowo-jonowe również wykorzystują grafit — jako anodę. Starsze baterie litowo-jonowe wykorzystywały tradycyjne materiały grafitowe, jednak teraz, gdy grafen staje się coraz łatwiej dostępny, anody grafenowe są teraz używane zamiast niego — głównie z dwóch powodów: 1. anody grafenowe lepiej utrzymują energię i 2. obiecują czas ładowania, który jest 10 razy szybszy niż w przypadku tradycyjnej baterii litowo-jonowej.
Akumulatory litowo-jonowe stają się coraz bardziej popularne w dzisiejszych czasach. Są teraz często używane w naszych urządzeniach domowych, przenośnej elektronice, laptopach, smartfonach, hybrydowych samochodach elektrycznych, pojazdach wojskowych, a także w zastosowaniach lotniczych.
Czas publikacji: 15-03-2021