کاربردهای گرافن در یک نگاه - ایران گرافن

در این بخش نگاه کلی به کاربردهای گرافن خواهیم داشت:

گرافن

گرافن ماده ای است که از کربن خالص تشکیل شده است و از گرافیت استخراج می شود. یکی از مهم ترین عناصر موجود در طبیعت است که در اشیاء روزمره مانند مغز مداد قابل رویت است. گرافن به دلیل سخت بودن، انعطاف پذیری، سبک بودن و مقاومت بالا متمایز است. محاسبه شده است که این ماده 200 برابر بیشتر از فولاد و پنج برابر سبک تر از آلومینیوم است. با این ویژگی ها، کاربردهای گرافن در بخش های مختلف از جمله انرژی، ساخت و ساز، سلامت و الکترونیک در حال افزایش است.

کاربردهای گرافن

گرافن از نظر جامعه علمی مهم است زیرا علاوه بر اینکه می‌تواند نحوه ارتباط ما با فناوری را کاملاً تغییر دهد، بلکه می تواند پیشرفت های قابل توجهی را در بخش های مختلف نشان دهد. در ادامه به چند نمونه از کاربردهای گرافن اشاره می شود:

گرافن در بخش انرژی

استفاده از گرافن در ساخت باتری های قابل شارژ می تواند جهشی بزرگ به سمت بهره وری انرژی باشد. این ماده از گرم شدن بیش از حد دستگاه ها جلوگیری می کند، بنابراین باتری های گرافنی مقاوم تر و سبک تر از باتری های سنتی هستند.

با استفاده از مواد مختلف در خانه ها، می تواند به تنظیم حرارتی بهتر خانه و صرفه جویی در تهویه مطبوع فضاها کمک کند. به عنوان مثال، استفاده از رنگ با گرافن. در نهایت، با چشم‌اندازی بسیار جاه‌طلبانه‌تر، اعتقاد بر این است که این نوآوری می‌تواند نقطه عطفی در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر باشد، زیرا استفاده از این ماده می‌تواند انرژی بسیار بیشتری نسبت به تولید امروزی تولید کند.

گرافن در ساخت و ساز

کاربردهای گرافن در ساخت و ساز نویدبخش بهبود عایق ساختمان ها است. و نه فقط این، بلکه می‌توانند در برابر خوردگی، رطوبت و آتش مقاوم‌تر باشند و در نتیجه سخت‌تر و پایدارتر باشند.

مصالح ساختمانی اصلاح می شود و برای ساخت سازه ها از اجزای سازگار با محیط زیست مانند بتن سبز استفاده می شود. بتن سبز، ماده ای کارآمد در محیط زیست که پایدارتر و مقاوم تر از ماده فعلی است.

گرافن در سلامتی

کاربردهای گرافن در بخش های بهداشت و پزشکی نیز جذاب است. به لطف ویژگی‌های گرافن، سمعک‌های قوی‌تر، انعطاف‌پذیرتر و سبک‌تر می‌توانند ساخته شوند. حتی می‌توانیم در مورد ساخت استخوان‌ها و ماهیچه‌هایی صحبت کنیم که از طریق عمل‌های جراحی در قسمتی از اندام بدن قرار می گیرد.

استفاده از گرافن در پزشکی هنوز در مرحله تحقیق است. اعتقاد بر این است که اکسید گرافن می تواند کاربرد خوبی در تشخیص بیماری ها و درمان بعدی آنها باشد. این عنصری است که هنگام اکسید شدن گرافن به دست می آید و آن را به ماده ای با خواص مکانیکی خارق العاده تبدیل می کند.ن

گرافن در الکترونیک

ویژگی های گرافن می تواند بخش الکترونیک را به طور کامل تغییر دهد و به کاربردهای گرافن بیفزاید. با استفاده از این ماده می توان دستگاه های کوچکتر، سبک تر، سخت تر و کارآمدتر تولید کرد که با اجزای امروزی به دست نمی آید.

علاوه بر این، گرافن به کار رفته در مدارهای الکترونیکی باعث می‌شود دستگاه‌ها در برابر رطوبت، که یکی از دلایل اصلی خرابی است، مصون باشند. علاوه بر این، هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار خوبی دارد که 1000 برابر بهتر از مس است.

گرافن در نساجی

کاربردهای گرافن در صنعت پوشاک شگفت آور است. پارچه های پوشیدنی مبتنی بر گرافن که می تواند حرکت بدن را به الکتریسیته قابل استفاده تبدیل کند و حتی آن انرژی را ذخیره کند. این پارچه به طور بالقوه می تواند در طیف گسترده ای از کاربردها، از نظارت پزشکی گرفته تا کمک به ورزشکاران و مربیان آن ها در ردیابی عملکرد آنها، و همچنین نمایشگرهای هوشمند روی لباس مورد استفاده قرار گیرد.

گرافن در حسگرهای زیستی

کاربردهای گرافن در حسگرهای زیستی نوید بخش علم پزشکی است. حسگرهای زیستی می تواند برای تشخیص بیماری در نمونه های بیولوژیکی استفاده شوند. این حسگرها قابلیت آن را دارند که در کمتر از 5 دقیقه نتایج باکیفیت ارائه دهند. استفاده از آن ها به اندازه ای ساده است که هم در بیمارستان ها و هم توسط بیماران بدون نظارت پزشک متخصص انجام شود. عملکرد این حسگرها برای انواع حالت های بیماری و به وسیله انواع نمونه ها خواهد بود.

گرافن در فیلتراسیون

یکی دیگر از ویژگی های برجسته کاربردهای گرافن این است که در حالی که به آب اجازه می دهد از آن عبور کند، تقریباً به طور کامل در برابر مایعات و گازها (حتی مولکول های نسبتاً کوچک هلیوم) غیر قابل نفوذ است. این بدان معناست که گرافن می تواند به عنوان یک محیط اولترافیلتراسیون برای عمل به عنوان یک مانع بین دو ماده استفاده شود.

مزیت استفاده از کاربردهای گرافن به این دلیل است کها این ماده تنها 1 اتم ضخامت دارد و همچنین می تواند به عنوان یک مانع برای اندازه گیری الکترونیکی کرنش و فشار بین دو ماده (در میان بسیاری از متغیرهای دیگر) توسعه یابد.

گرافن در کامپوزیت ها

اضافه کردن گرافن به کامپوزیت ها می تواند پیشرفت بزرگی در صنعت کامپوزیت ها باشد. ویژگی های گرافن باعث تقویت مواد کامپوزیتی خواهد شد. کامپوزیت هایی با خواص مکانیکی بهتر، وزنی سبک تر، رسانایی حرارتی و الکتریکی بیشتر و عایق بهتر خواهند بود، که صنعت مقصد خود را متحول خواهند کرد. یکی از مثال های استفاده از این کامپوزیت ها در تولید هواپیما است.

این کامپوزت ها قوی و سبک هستند در نتیجه بهره وری سوخت، برد و کاهش وزن در هواپیما را بهبود می بخشد. به علت هدایت الکتریکی بالا، در پوشش مواد سطح هواپیما از آسیب های الکتریکی ناشی از برخورد صاعقه جلوگیری می کند. همچنین قابلیت اندازه گیری نرخ کرنش را دارد و در صورت تغییر سطوح تنشی بال های هواپیما خلبان را مطلع می کند.

کامپوزیت های گرافنی کاربردهای گسترده ای دارند و می تواند در وسایل نقلیه، تجهیزات ورزشی، زره بدن و غیره مورد استفاده قرار گیرد.

گرافن در سیستم های ارتباط نوری

گرافن یک عامل کلیدی برای نوآوری در سیستم های ارتباط نوری است، زیرا در محدوده طیفی بسیار گسترده ای عمل می کند، به این معنی که می تواند با بسیاری از رنگ ها و طول موج های مختلف نور تعامل داشته باشد.

علاوه بر این هم جذب الکتریکی و هم انکسار الکترونی نور را نشان می دهد و با فوتوتونیک های سیلیکونی موجود سازگار است. این امر باعث می شود که گرافن برای اجزای ارتباط نوری و داده مانند فرستنده، گیرنده، تعدیل کننده و آشکارساز نوری ایده آل باشد.

گرافن در تجهیزات ورزشی

حضور گرافن در تجهیزات ورزشی نوید بخش رقابت هایی سالم تر و با کیفیت تر است. لوازم ساخته شده گرافنی در برابر استفاده های سنگین از جمله سرعت های بالا، ضربه ها، سایش و پارگی، رطوبت و حرکت مداوم بدن انسان که از دنده ها استفاده می کند، مقاومت می کند. برای ورزش های فضای باز، تجهیزات گرافنی استحکام فیزیکی و نوری بالایی دارند و در مقابل زنگ زدگی، نشت، ضربه و فشار مقاوم هستند.

گرافن در امنیت

یکی از کاربردهای گرافن که پتانسیل تاثیرگذار و قابل توجهی در این زمینه دارد، حوزه امنیت است. خواص استثنایی گرافن آن را به ماده ای ایده آل برای طیف وسیعی از کاربردهای امنیت، از جمله سیستم های سایبری و دستگاه ها و سنسورهای امنیتی می کند. گرافن فرصت جدیدی را برای توسعه سنسورهای کم هزینه و با کیفیت برای اهداف امنیتی ایجاد می کند.

به طور کلی کاربردهای گرافن در حوزه ها و صنایع مختلف ، متنوع و گوناگون است و حضور آن نوید بخش توسعه و افزایش کارایی و کیفیت در حوزه های مختلف است. موارد ذکر شده فوق تنها بخشی از کاربردهای گسترده گرافن می باشد، همچنین تحقیقات برای یافتن پتانسیل های دیگر گرافن در حوزه های مختلف ادامه دارد.

گروه صنعتی ایران گرافن تولید کننده گرافن در مقیاس صنعتی با کیفیت بالا و قیمت مناسب در نظر دارد با تامین این ماده ارزشمند در داخل کشور، نیاز صنعت داخلی را به این ماده براورده نموده و در بومی سازی آن تلاش نماید تا کاربردهای گرافن در داخل کشور برای بهبود و افزایش کیفیت محصولات صنعتی مانند کشور های پیشرفته قابل لمس باشد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032120303178

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2043-6262/7/2/023002/meta