Niezwykła zdolność grafitu do przewodzenia prądu elektrycznego przy jednoczesnym 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. Te cienkie warstwy grafenu są zwijane i wykorzystywane w nanorurkach. Jest to prawdopodobnie spowodowane imponującą przewodnością elektryczną oraz wyjątkową wytrzymałością i sztywnością tego materiału.
Współczesne nanorurki węglowe charakteryzują się stosunkiem długości do średnicy sięgającym 132 000 000:1, co jest wartością znacznie większą niż w przypadku jakiegokolwiek innego materiału. Poza zastosowaniem w nanotechnologii, która jest wciąż stosunkowo nowa w świecie półprzewodników, należy zauważyć, że większość producentów grafitu od dziesięcioleci produkuje specjalne gatunki grafitu dla przemysłu półprzewodnikowego.
2. Silniki elektryczne, generatory i alternatory
Materiał grafitowo-węglowy jest również często stosowany w silnikach elektrycznych, generatorach i alternatorach w postaci szczotek węglowych. W tym przypadku „szczotka” to element przewodzący prąd między nieruchomymi przewodami a zespołem ruchomych części, zazwyczaj umieszczony w obracającym się wale.
3. Implantacja jonów
Grafit jest obecnie coraz częściej wykorzystywany w przemyśle elektronicznym. Znajduje zastosowanie również w implantacji jonów, termoparach, przełącznikach elektrycznych, kondensatorach, tranzystorach i bateriach.
Implantacja jonów to proces inżynieryjny, w którym jony danego materiału są przyspieszane w polu elektrycznym i wtłaczane w inny materiał, co stanowi formę impregnacji. Jest to jeden z podstawowych procesów stosowanych w produkcji mikroprocesorów do współczesnych komputerów, a atomy grafitu są zazwyczaj jednym z rodzajów atomów wtłaczanych do tych mikroprocesorów na bazie krzemu.
Oprócz wyjątkowej roli grafitu w produkcji mikroprocesorów, innowacje oparte na graficie są obecnie wykorzystywane do zastępowania tradycyjnych kondensatorów i tranzystorów. Według niektórych badaczy grafen może być potencjalną alternatywą dla krzemu. Jest 100 razy cieńszy niż najmniejszy tranzystor krzemowy, przewodzi prąd znacznie wydajniej i ma nietypowe właściwości, które mogą być bardzo przydatne w komputerach kwantowych. Grafen jest również wykorzystywany w nowoczesnych kondensatorach. W rzeczywistości superkondensatory grafenowe są rzekomo 20 razy mocniejsze niż tradycyjne kondensatory (uwalniając 20 W/cm³) i mogą być nawet 3 razy mocniejsze niż dzisiejsze wydajne baterie litowo-jonowe.
4. Baterie
W przypadku baterii (suchych i litowo-jonowych) również węgiel i grafit odegrały istotną rolę. W przypadku tradycyjnych baterii suchych (baterie, których często używamy w radiach, latarkach, pilotach i zegarkach), metalowa elektroda lub pręt grafitowy (katoda) jest otoczony wilgotną pastą elektrolityczną, a oba elementy są zamknięte w metalowym cylindrze.
Współczesne akumulatory litowo-jonowe również wykorzystują grafit – jako anodę. Starsze akumulatory litowo-jonowe wykorzystywały tradycyjne materiały grafitowe, jednak teraz, gdy grafen staje się coraz łatwiej dostępny, anody grafenowe są zastępowane grafenem – głównie z dwóch powodów: 1. anody grafenowe lepiej zatrzymują energię i 2. zapewniają 10-krotnie szybszy czas ładowania niż tradycyjne akumulatory litowo-jonowe.
Akumulatory litowo-jonowe zyskują coraz większą popularność. Są one obecnie często stosowane w sprzęcie AGD, elektronice przenośnej, laptopach, smartfonach, samochodach hybrydowych, pojazdach wojskowych, a także w zastosowaniach lotniczych.
Czas publikacji: 15 marca 2021 r.