استفاده از گرافیت در کاربردهای الکترونیکی

توانایی منحصر به فرد گرافیت در هدایت الکتریسیته و در عین حال دفع یا انتقال گرما از اجزای حیاتی، آن را به ماده‌ای عالی برای کاربردهای الکترونیکی از جمله نیمه‌هادی‌ها، موتورهای الکتریکی و حتی تولید باتری‌های امروزی تبدیل کرده است.

۱. فناوری نانو و نیمه‌هادی‌ها با کوچک‌تر و کوچک‌تر شدن دستگاه‌ها و قطعات الکترونیکی، نانولوله‌های کربنی به امری عادی تبدیل می‌شوند و ثابت می‌کنند که آینده فناوری نانو و صنعت نیمه‌هادی‌ها خواهند بود.

گرافن چیزی است که دانشمندان و مهندسان آن را یک لایه منفرد از گرافیت در سطح اتمی می‌نامند و این لایه‌های نازک گرافن لوله می‌شوند و در نانولوله‌ها استفاده می‌شوند. این احتمالاً به دلیل رسانایی الکتریکی چشمگیر و استحکام و سختی استثنایی این ماده است.

نانولوله‌های کربنی امروزی با نسبت طول به قطر تا ۱۳۲،۰۰۰،۰۰۰:۱ ساخته می‌شوند که به طور قابل توجهی بزرگتر از هر ماده دیگری است. علاوه بر استفاده در فناوری نانو، که هنوز در دنیای نیمه‌هادی‌ها نسبتاً جدید است، باید توجه داشت که اکثر تولیدکنندگان گرافیت دهه‌هاست که گریدهای خاصی از گرافیت را برای صنعت نیمه‌هادی تولید می‌کنند.

۲. موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و آلترناتورها

ماده گرافیت کربنی همچنین اغلب در موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و آلترناتورها به شکل برس‌های کربنی استفاده می‌شود. در این مورد، "برس" وسیله‌ای است که جریان را بین سیم‌های ثابت و ترکیبی از قطعات متحرک هدایت می‌کند و معمولاً در یک شفت چرخان قرار می‌گیرد.

Hb8d067c726794547870c67ee495b48ael.jpg_350x350

۳. کاشت یون

گرافیت اکنون با فراوانی بیشتری در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. از آن در کاشت یون، ترموکوپل‌ها، کلیدهای الکتریکی، خازن‌ها، ترانزیستورها و باتری‌ها نیز استفاده می‌شود.

کاشت یون یک فرآیند مهندسی است که در آن یون‌های یک ماده خاص در یک میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند و به عنوان نوعی اشباع به ماده دیگری برخورد می‌کنند. این یکی از فرآیندهای اساسی مورد استفاده در تولید میکروچیپ‌ها برای رایانه‌های مدرن ما است و اتم‌های گرافیت معمولاً یکی از انواع اتم‌هایی هستند که به این میکروچیپ‌های مبتنی بر سیلیکون تزریق می‌شوند.

گذشته از نقش منحصر به فرد گرافیت در تولید میکروچیپ‌ها، نوآوری‌های مبتنی بر گرافیت اکنون برای جایگزینی خازن‌ها و ترانزیستورهای سنتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. به گفته برخی محققان، گرافن می‌تواند جایگزین مناسبی برای سیلیکون باشد. گرافن ۱۰۰ برابر نازک‌تر از کوچکترین ترانزیستور سیلیکونی است، الکتریسیته را بسیار کارآمدتر هدایت می‌کند و دارای خواص عجیب و غریبی است که می‌تواند در محاسبات کوانتومی بسیار مفید باشد. گرافن همچنین در خازن‌های مدرن نیز استفاده شده است. در واقع، ابرخازن‌های گرافنی ظاهراً ۲۰ برابر قدرتمندتر از خازن‌های سنتی هستند (۲۰ وات بر سانتی‌متر مکعب انرژی آزاد می‌کنند) و ممکن است ۳ برابر قوی‌تر از باتری‌های لیتیوم-یونی پرقدرت امروزی باشند.

۴. باتری‌ها

وقتی صحبت از باتری‌ها (سلول خشک و لیتیوم-یونی) می‌شود، مواد کربنی و گرافیتی در اینجا نیز مؤثر بوده‌اند. در مورد باتری‌های سلول خشک سنتی (باتری‌هایی که اغلب در رادیوها، چراغ قوه‌ها، ریموت‌ها و ساعت‌های خود استفاده می‌کنیم)، یک الکترود فلزی یا میله گرافیتی (کاتد) توسط یک خمیر الکترولیت مرطوب احاطه شده است و هر دو درون یک استوانه فلزی قرار گرفته‌اند.

باتری‌های لیتیوم-یون مدرن امروزی نیز از گرافیت به عنوان آند استفاده می‌کنند. باتری‌های لیتیوم-یون قدیمی‌تر از مواد گرافیتی سنتی استفاده می‌کردند، با این حال اکنون که گرافن به راحتی در دسترس قرار می‌گیرد، از آندهای گرافنی به جای آن استفاده می‌شود - عمدتاً به دو دلیل؛ ۱. آندهای گرافنی انرژی را بهتر نگه می‌دارند و ۲. زمان شارژی را ارائه می‌دهند که ۱۰ برابر سریع‌تر از باتری لیتیوم-یون سنتی است.

باتری‌های لیتیوم-یونی قابل شارژ این روزها محبوبیت بیشتری پیدا می‌کنند. آنها اکنون اغلب در لوازم خانگی، لوازم الکترونیکی قابل حمل، لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند، خودروهای هیبریدی الکتریکی، وسایل نقلیه نظامی و همچنین در کاربردهای هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرند.


زمان ارسال: ۱۵ مارس ۲۰۲۱