Уникальная способность графита проводить электричество, рассеивая или отводя тепло от критически важных компонентов, делает его прекрасным материалом для электронных приложений, включая полупроводники, электродвигатели и даже производство современных аккумуляторных батарей.
Графен — это то, что ученые и инженеры называют одним слоем графита на атомном уровне, и эти тонкие слои графена сворачиваются и используются в нанотрубках. Вероятно, это связано с впечатляющей электропроводностью и исключительной прочностью и жесткостью материала.
Современные углеродные нанотрубки имеют соотношение длины к диаметру до 132 000 000:1, что значительно больше, чем у любого другого материала. Помимо использования в нанотехнологиях, которые все еще являются довольно новыми в мире полупроводников, следует отметить, что большинство производителей графита уже несколько десятилетий производят определенные сорта графита для полупроводниковой промышленности.
2. Электродвигатели, генераторы и альтернаторы
Углеродный графитовый материал также часто используется в электродвигателях, генераторах и генераторах переменного тока в виде угольных щеток. В этом случае «щетка» — это устройство, которое проводит ток между неподвижными проводами и комбинацией движущихся частей, и оно обычно размещается во вращающемся валу.
3. Ионная имплантация
Графит теперь все чаще используется в электронной промышленности. Он используется в ионной имплантации, термопарах, электрических переключателях, конденсаторах, транзисторах и батареях.
Ионная имплантация — это инженерный процесс, в котором ионы определенного материала ускоряются в электрическом поле и врезаются в другой материал, как форма пропитки. Это один из фундаментальных процессов, используемых в производстве микрочипов для наших современных компьютеров, и атомы графита, как правило, являются одним из типов атомов, которые внедряются в эти кремниевые микрочипы.
Помимо уникальной роли графита в производстве микрочипов, графитовые инновации теперь используются для замены традиционных конденсаторов и транзисторов. По мнению некоторых исследователей, графен может быть возможной альтернативой кремнию в целом. Он в 100 раз тоньше самого маленького кремниевого транзистора, проводит электричество гораздо эффективнее и обладает экзотическими свойствами, которые могут быть очень полезны в квантовых вычислениях. Графен также используется в современных конденсаторах. Фактически, графеновые суперконденсаторы предположительно в 20 раз мощнее традиционных конденсаторов (выделяя 20 Вт/см3), и они могут быть в 3 раза мощнее современных мощных литий-ионных аккумуляторов.
4. Аккумуляторы
Что касается батарей (сухих и литий-ионных), углеродные и графитовые материалы также сыграли свою роль. В случае традиционной сухой ячейки (батарейки, которые мы часто используем в наших радиоприемниках, фонариках, пультах дистанционного управления и часах) металлический электрод или графитовый стержень (катод) окружен влажной электролитной пастой, и оба заключены в металлический цилиндр.
Современные литий-ионные батареи сегодня также используют графит — в качестве анода. Старые литий-ионные батареи использовали традиционные графитовые материалы, однако теперь, когда графен становится более доступным, вместо него используются графеновые аноды — в основном по двум причинам: 1. графеновые аноды лучше удерживают энергию и 2. он обещает время зарядки в 10 раз меньше, чем у традиционной литий-ионной батареи.
Перезаряжаемые литий-ионные батареи становятся все более популярными в наши дни. Теперь они часто используются в наших бытовых приборах, портативной электронике, ноутбуках, смартфонах, гибридных электромобилях, военных транспортных средствах, а также в аэрокосмических приложениях.
Время публикации: 15 марта 2021 г.