Χρήση γραφίτη σε εφαρμογές ηλεκτρονικών

Το γραφένιο είναι αυτό που οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αποκαλούν 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 στην εξαιρετική αντοχή και ακαμψία του υλικού.

Οι σημερινοί νανοσωλήνες άνθρακα είναι κατασκευασμένοι με αναλογία μήκους προς διάμετρο έως και 132.000.000:1, που είναι σημαντικά μεγαλύτερος από οποιοδήποτε άλλο υλικό. Εκτός από τη χρήση στη νανοτεχνολογία, η οποία είναι ακόμα μάλλον 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 άνθρακα γραφίτη χρησιμοποιείται επίσης συχνά σε ηλεκτρικούς κινητήρες, γεννήτριες και εναλλάκτες με τη μορφή βουρτσών άνθρακα. Σε αυτή την περίπτωση, η «βούρτσα» είναι μια συσκευή που μεταφέρει 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 σε εμφύτευση ιόντων, θερμοστοιχεία, ηλεκτρικούς διακόπτες, πυκνωτές, τρανζίστορ και μπαταρίες.

Η εμφύτευση ιόντων είναι μια μηχανική διαδικασία όπου τα ιόντα ενός συγκεκριμένου υλικού επιταχύνονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και προσκρούονται σε 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 στον γραφίτη χρησιμοποιούνται τώρα για να αντικαταστήσουν επίσης τους παραδοσιακούς πυκνωτές και τρανζίστορ. Σύμφωνα με ορισμένους ερευνητές, το γραφένιο μπορεί να είναι μια πιθανή εναλλακτική λύση στο πυρίτιο συνολικά. Είναι 100 φορές πιο λεπτό από το μικρότερο τρανζίστορ πυριτίου, άγει τον ηλεκτρισμό πολύ πιο αποτελεσματικά και έχει εξωτικές ιδιότητες που μπορεί να είναι πολύ χρήσιμες στον κβαντικό υπολογισμό. Το γραφένιο έχει επίσης χρησιμοποιηθεί σε 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 (ξηρά στοιχεία και ιόντα λιθίου), τα υλικά άνθρακα και γραφίτη έπαιξαν καθοριστικό ρόλο και εδώ. Στην περίπτωση μιας παραδοσιακής ξηρής κυψέλης (οι μπαταρίες που χρησιμοποιούμε συχνά στα ραδιόφωνα, τους φακούς, τα τηλεχειριστήρια και τα ρολόγια μας), ένα μεταλλικό ηλεκτρόδιο ή ράβδος γραφίτη (η κάθοδος) περιβάλλεται από μια υγρή πάστα ηλεκτρολυτών και τα δύο είναι εγκλωβισμένα μέσα ένας μεταλλικός κύλινδρος.

Οι σημερινές σύγχρονες μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν επίσης γραφίτη — ως άνοδο. Οι παλιότερες 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 την ενέργεια καλύτερα και 2. υπόσχονται χρόνο φόρτισης που είναι 10 φορές ταχύτερος από μια παραδοσιακή μπαταρία ιόντων λιθίου.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς αυτές τις μέρες. Τώρα χρησιμοποιούνται συχνά στις οικιακές μας συσκευές, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, φορητούς υπολογιστές, έξυπνα τηλέφωνα, υβριδικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα, στρατιωτικά οχήματα, καθώς και σε εφαρμογές αεροδιαστημικής.