Vad sägs om grafen? Löften hålls och väntar på framtidens material

Vad sägs om grafen?  Löften hålls och väntar på framtidens material

Vi vet att grafen är ett enda atom tjockt kolark med unika egenskaper. Den har en monoskiktad sexkantig kristallstruktur och är 200 gånger starkare än stål. Den är fem gånger lättare än aluminium och har unika elektriska eller termiska egenskaper. Sedan upptäckten har vi hört löften om hur det kommer att revolutionera många tekniker, och i vissa fall har det gjort. Och hur många av dessa löften återstår att uppfylla idag?

Väntar fortfarande ...

Grafen är utmärkt för pekskärmar , OLED-skärmar eller LCD-skärmar, men ingen har tagit steget ännu. Naturligtvis är alla tydliga på att vi i framtiden kommer att ha elektroniskt grafenpapper. Också ultralätta mobilskärmar med detta material, men ... ännu inte.

Dess märkliga permeabilitet för vatten, men ogenomtränglig för de flesta andra vätskor och gaser, gör den idealisk för att tillverka filter. Snart uppstod många planer för att bygga avsaltningsanläggningar med grafen. Det kommer att vara mycket viktigt för många delar av världen att enkelt få färskvatten. Men inget av dessa filter har ännu kommit ut ur ett laboratorium .

grafen skärm

Experimentell flexibel OLED-skärm

Vi vet att kolfiber används mycket för flygplanens struktur, och nästa steg är grafen . Mycket resistent, dess elektriska egenskaper kommer att förbättra motståndet mot blixtar. Och att vara i sig en sensor för ansträngningarna, förutom andra fördelar. Ett flygplan har cirka 100 kilometer kabel och grafen i strukturen kan spara mest. Men ... återigen är det fortfarande något på gång.

Ett annat löfte om grafen är dess effektivitet för solceller. Nästan transparent, en bra ledare för värme och elektricitet, dess beteende i den användningen är mycket lovande. Solparker är inte bara billigare och effektivare än de nuvarande, utan också mindre förorenande att tillverka. I framtiden kan vi till och med bära plagg vars yttre kommer att ladda vår mobil tack vare grafen. Men som de andra löftena kommer det att ske i en mer eller mindre avlägsen framtid.

Motståndskraftig och ledande

Några av de faktiska och nuvarande användningarna av grafen är relaterade till dess mekaniska hållfasthet. Lägg bara till det i andra material för att multiplicera dess styrka . Metaller eller plast är fördelaktiga och dessa föreningar används redan inom flygteknik, konstruktion eller mobila enheter. Det finns redan en första gummiblandning för däck som innehåller grafen. Perpetuus Carbon (UK) tillverkar grafen och har utvecklat en gummiblandad tillsats med det magiska materialet som redan används i cykeldäck och kommer att nå bilar.

grafendäck

Cykeldäck med Graphene

Å andra sidan är grafen den bästa värmeledaren i världen. Eftersom den också är stark och lätt är den idealisk för användning på delar som kräver ledande eller avledande värme. Det är känt att minst en stor mobiltelefontillverkare använder ett grafenark för att transportera värmen från chipsen till varmare områden inuti mobilen.

Superkondensatorer

En snabbt sett användning av grafen var att skapa kondensatorer. En kondensator är en elektronisk komponent som ackumulerar elektrisk laddning. Till skillnad från ett batteri har det nästan ingen förlust mellan laddning och urladdning. Dessutom kan dessa uppladdningar och nedladdningar vara mycket snabba. Men tills nyligen fanns det inga enorma kondensatorer: de är superkondensatorer.

Grafen (2)

Kinesisk spårvagn flyttas med grafen superkondensatorer

Dess största nuvarande tillämpning är i elektriska fordon. Men mycket större än en bil eller motorcykel: bussar, spårvagnar eller tåg. När ett av dessa eldrivna fordon bromsar, genererar dess motorer en enorm mängd kraft på mycket kort tid. Endast en superkondensator kan ta emot denna energi och lagra den, eftersom batterierna behöver mer tid. Och leverera sedan den energin tillbaka för att komma igång. Den kinesiska tillverkaren CRRC har redan två modeller med grafen. En för bussar som kan flytta den upp till 10 kilometer efter laddning på bara en minut. En annan, för spårvagnar, laddar på 30 sekunder och flyttar spårvagnen upp till 6 kilometer . Vid tillverkningen är den förorenad mycket mindre än med traditionella material och de har ingen explosionsrisk.

För bilar eller skotrar

Zap & Go är ett brittiskt företag som också tillverkar superkondensatorer med kol- och grafenjoner. Målet är att ersätta många nuvarande litiumbatterier: i skotrar, borrar, dammsugare ... eller bilar. Startade som ett parallellt företag till Oxford University, de är mycket nära där de första litiumbatterierna föddes för 40 år sedan. Nu kommer turen till denna nya teknik, billigare att tillverka i stor skala, grönare och säkrare och mer hållbar. Ett grafen "batteri" (superkondensator) kan hålla 20 till 30 år vid normal användning.

Vad sägs om grafen?  Löften hålls och väntar på framtidens material

Superkondensatorer med grafen och kolnanorör

En annan framstående tillverkare är tyska Skeleton Technologies. De har patenterat en typ av ultrakapacitor som använder en grafen nanorörsstruktur. De var bland de första att hoppa in i denna teknik , och de har en fördel. De säljer ”batterier” i olika storlekar, och de har använts i konkurrens (KERS i F1 eller World Endurance), i vissa bilar (start-stop-system vid trafikljus) eller i Europeiska rymdorganisationen för olika rymdsystem. De har också specialiserat sig på stora applikationer, till exempel för att samla energi i vindkraftverk. När det är mycket blåsigt sparas överflödig energi så att det i lugna ögonblick kan fortsätta att skickas.

Som vi kan se, så småningom kommer applikationer av det ”magiska” materialet grafen fram , även om några av de mest förväntade fortfarande kommer att få oss att vänta.