Уникальная способность графита проводить электричество, одновременно рассеивая или отводя тепло от важных компонентов, делает его отличным материалом для применения в электронике, включая полупроводники, электродвигатели и даже производство современных батарей.
Графен — это то, что ученые и инженеры называют однослойным графитом на атомном уровне, и эти тонкие слои графена сворачивают и используют в нанотрубках. Вероятно, это связано с впечатляющей электропроводностью, а также 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 всё ещё относительно новы в мире полупроводников, следует отметить, что большинство производителей графита уже несколько десятилетий выпускают определённые марки графита для полупроводниковой промышленности.
2. Электродвигатели, генераторы и альтернаторы
Углеродный графит также часто используется в электродвигателях, генераторах и альтернаторах в виде угольных щеток. В этом случае «щетка» — это устройство, проводящее ток между неподвижными проводами и комбинацией движущихся частей, и обычно она размещается во вращающемся валу.
3. Ионная имплантация
Графит в настоящее время все чаще используется в электронной промышленности. Он применяется в ионной имплантации, термопарах, электрических переключателях, конденсаторах, транзисторах и батареях.
Ионная имплантация — это инженерный процесс, при котором ионы определенного материала ускоряются в электрическом поле и внедряются в другой материал, образуя своего рода пропитку. Это один из основных процессов, используемых в производстве микрочипов для современных компьютеров, и атомы графита обычно являются одним из типов атомов, которые внедряются в эти кремниевые микрочипы.
Помимо уникальной роли графита в производстве микрочипов, инновации на его основе сейчас используются для замены традиционных конденсаторов и транзисторов. По мнению некоторых исследователей, графен может стать потенциальной альтернативой кремнию. 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, как утверждается, в 20 раз мощнее традиционных конденсаторов (выделяют 20 Вт/см³) и могут быть в 3 раза мощнее современных мощных литий-ионных батарей.
4. Батареи
Что касается батарей (сухих и литий-ионных), то углерод и графит также сыграли здесь важную роль. В случае традиционной сухой батареи (батареи, которые мы часто используем в радиоприемниках, фонариках, пультах дистанционного управления и часах) металлический электрод или графитовый стержень (катод) окружены влажной электролитной пастой, и оба заключены в металлический цилиндр.
В современных литий-ионных батареях также используется графит — в качестве анода. В более старых литий-ионных батареях применялись 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. они обещают время зарядки в 10 раз быстрее, чем у традиционной литий-ионной батареи.
В наши дни перезаряжаемые литий-ионные батареи становятся все более популярными. Сейчас их часто используют в бытовой технике, портативной электронике, ноутбуках, смартфонах, гибридных электромобилях, военной технике, а также в аэрокосмической отрасли.
Дата публикации: 15 марта 2021 г.