Унікальна здатність графіту проводити електрику, розсіюючи або передаючи тепло від критично важливих компонентів, робить його чудовим матеріалом для застосування в електроніці, включаючи напівпровідники, електродвигуни та навіть виробництво сучасних акумуляторів.
Графен – це те, що вчені та інженери називають одним шаром графіту на атомному рівні, і ці тонкі шари графену згортаються та використовуються в нанотрубках. Це, ймовірно, пов'язано з вражаючою електропровідністю та винятковою міцністю та жорсткістю матеріалу.
Сучасні вуглецеві нанотрубки мають співвідношення довжини до діаметра до 132 000 000:1, що значно більше, ніж у будь-якого іншого матеріалу. Окрім використання в нанотехнологіях, які все ще є досить новими у світі напівпровідників, слід зазначити, що більшість виробників графіту вже десятиліттями виготовляють певні марки графіту для напівпровідникової промисловості.
2. Електродвигуни, генератори та генератори змінного струму
Вуглецевий графітовий матеріал також часто використовується в електродвигунах, генераторах та генераторах змінного струму у вигляді вугільних щіток. У цьому випадку «щітка» – це пристрій, який проводить струм між нерухомими проводами та комбінацією рухомих частин, і зазвичай він розміщений на обертовому валу.
3. Іонна імплантація
Графіт зараз дедалі частіше використовується в електронній промисловості. Його також використовують в іонній імплантації, термопарах, електричних перемикачах, конденсаторах, транзисторах і батареях.
Іонна імплантація – це інженерний процес, під час якого іони певного матеріалу прискорюються в електричному полі та вражаються іншим матеріалом, що є формою просочення. Це один з фундаментальних процесів, що використовуються у виробництві мікрочіпів для наших сучасних комп'ютерів, а атоми графіту зазвичай є одним із типів атомів, які вводяться в ці кремнієві мікрочіпи.
Окрім унікальної ролі графіту у виробництві мікрочіпів, інновації на основі графіту зараз використовуються для заміни традиційних конденсаторів і транзисторів. На думку деяких дослідників, графен може бути можливою альтернативою кремнію взагалі. Він у 100 разів тонший за найменший кремнієвий транзистор, проводить електрику набагато ефективніше та має екзотичні властивості, які можуть бути дуже корисними в квантових обчисленнях. Графен також використовується в сучасних конденсаторах. Фактично, графенові суперконденсатори, як вважається, у 20 разів потужніші за традиційні конденсатори (виділяючи 20 Вт/см³), і можуть бути у 3 рази потужнішими за сучасні потужні літій-іонні акумулятори.
4. Батарейки
Коли йдеться про акумулятори (сухі та літій-іонні), вуглецеві та графітові матеріали також відіграли важливу роль. У випадку традиційного сухого елемента (батареї, які ми часто використовуємо в наших радіоприймачах, ліхтариках, пультах дистанційного керування та годинниках) металевий електрод або графітовий стрижень (катод) оточений вологою електролітною пастою, і обидва матеріали інкапсульовані в металевий циліндр.
Сучасні літій-іонні акумулятори також використовують графіт — як анод. Старіші літій-іонні акумулятори використовували традиційні графітові матеріали, проте тепер, коли графен стає більш доступним, замість нього використовуються графенові аноди — головним чином з двох причин: 1. графенові аноди краще утримують енергію та 2. вони обіцяють час зарядки, який у 10 разів швидший, ніж у традиційного літій-іонного акумулятора.
Літій-іонні акумулятори стають дедалі популярнішими в наші дні. Вони часто використовуються в побутовій техніці, портативній електроніці, ноутбуках, смартфонах, гібридних електромобілях, військовій техніці, а також в аерокосмічній галузі.
Час публікації: 15 березня 2021 р.