Χρήση γραφίτη σε εφαρμογές ηλεκτρονικής

Το γραφένιο είναι αυτό που οι επιστήμονες και οι μηχανικοί ονομάζουν ένα ενιαίο στρώμα γραφίτη σε ατομικό επίπεδο, και αυτά τα λεπτά στρώματα γραφενίου τυλίγονται και χρησιμοποιούνται σε νανοσωλήνες. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στην εντυπωσιακή ηλεκτρική αγωγιμότητα και την εξαιρετική αντοχή και ακαμψία του υλικού.

Οι σημερινοί νανοσωλήνες άνθρακα κατασκευάζονται με λόγο μήκους προς διάμετρο έως και 132.000.000:1, ο οποίος είναι σημαντικά μεγαλύτερος από οποιοδήποτε άλλο υλικό. Εκτός από τη χρήση τους στη νανοτεχνολογία, η οποία είναι ακόμη αρκετά νέα στον κόσμο των ημιαγωγών, πρέπει να σημειωθεί ότι οι περισσότεροι κατασκευαστές γραφίτη κατασκευάζουν συγκεκριμένες ποιότητες γραφίτη για τη βιομηχανία ημιαγωγών εδώ και δεκαετίες.

2. Ηλεκτροκινητήρες, Γεννήτριες και Εναλλάκτες

Το υλικό από ανθρακογραφίτη χρησιμοποιείται επίσης συχνά σε ηλεκτροκινητήρες, γεννήτριες και εναλλάκτες με τη μορφή ψηκτρών άνθρακα. Σε αυτήν την περίπτωση, μια «ψήκτρα» είναι μια συσκευή που άγει ρεύμα μεταξύ στατικών καλωδίων και ενός συνδυασμού κινούμενων μερών και συνήθως στεγάζεται σε έναν περιστρεφόμενο άξονα.

3. Εμφύτευση ιόντων

Ο γραφίτης χρησιμοποιείται πλέον με μεγαλύτερη συχνότητα στη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Χρησιμοποιείται επίσης σε εμφύτευση ιόντων, θερμοστοιχεία, ηλεκτρικούς διακόπτες, πυκνωτές, τρανζίστορ και μπαταρίες.

Η εμφύτευση ιόντων είναι μια μηχανική διαδικασία όπου ιόντα ενός συγκεκριμένου υλικού επιταχύνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και προσκρούουν σε ένα άλλο υλικό, ως μορφή εμποτισμού. Είναι μια από τις θεμελιώδεις διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μικροτσίπ για τους σύγχρονους υπολογιστές μας και τα άτομα γραφίτη είναι συνήθως ένας από τους τύπους ατόμων που εγχέονται σε αυτά τα μικροτσίπ με βάση το πυρίτιο.

Εκτός από τον μοναδικό ρόλο του γραφίτη στην παραγωγή μικροτσίπ, καινοτομίες που βασίζονται σε γραφίτη χρησιμοποιούνται πλέον για την αντικατάσταση των παραδοσιακών πυκνωτών και τρανζίστορ. Σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές, το γραφένιο μπορεί να αποτελέσει μια πιθανή εναλλακτική λύση στο πυρίτιο. Είναι 100 φορές λεπτότερο από το μικρότερο τρανζίστορ πυριτίου, άγει τον ηλεκτρισμό πολύ πιο αποτελεσματικά και έχει εξωτικές ιδιότητες που μπορούν να είναι πολύ χρήσιμες στην κβαντική υπολογιστική. Το γραφένιο έχει επίσης χρησιμοποιηθεί και στους σύγχρονους πυκνωτές. Στην πραγματικότητα, οι υπερπυκνωτές γραφενίου υποτίθεται ότι είναι 20 φορές πιο ισχυροί από τους παραδοσιακούς πυκνωτές (απελευθερώνοντας 20 W/cm3) και μπορεί να είναι 3 φορές ισχυρότεροι από τις σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου υψηλής ισχύος.

4. Μπαταρίες

Όσον αφορά τις μπαταρίες (ξηρού στοιχείου και ιόντων λιθίου), τα υλικά άνθρακα και γραφίτη έχουν επίσης διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο. Στην περίπτωση ενός παραδοσιακού ξηρού στοιχείου (οι μπαταρίες που χρησιμοποιούμε συχνά στα ραδιόφωνα, τους φακούς, τα τηλεχειριστήρια και τα ρολόγια μας), ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο ή μια ράβδος γραφίτη (η κάθοδος) περιβάλλεται από μια υγρή ηλεκτρολυτική πάστα και και τα δύο είναι ενθυλακωμένα μέσα σε έναν μεταλλικό κύλινδρο.

Οι σημερινές σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν επίσης γραφίτη — ως άνοδο. Οι παλαιότερες μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούσαν παραδοσιακά υλικά γραφίτη, ωστόσο τώρα που το γραφένιο γίνεται πιο εύκολα διαθέσιμο, χρησιμοποιούνται πλέον άνοδοι γραφενίου — κυρίως για δύο λόγους: 1. οι άνοδοι γραφενίου συγκρατούν καλύτερα την ενέργεια και 2. υπόσχονται χρόνο φόρτισης 10 φορές ταχύτερο από μια παραδοσιακή μπαταρία ιόντων λιθίου.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλείς στις μέρες μας. Χρησιμοποιούνται πλέον συχνά σε οικιακές συσκευές, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, φορητούς υπολογιστές, έξυπνα τηλέφωνα, υβριδικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα, στρατιωτικά οχήματα, καθώς και σε αεροδιαστημικές εφαρμογές.