De unieke eigenschap van grafiet om elektriciteit te geleiden en tegelijkertijd warmte af te voeren of over te brengen van kritische componenten, maakt het een geweldig materiaal voor elektronische toepassingen, zoals halfgeleiders, elektromotoren en zelfs de productie van moderne batterijen.
Grafeen is wat wetenschappers en ingenieurs een enkele laag grafiet op atomair niveau noemen. Deze dunne lagen grafeen worden opgerold en gebruikt in nanotubes. Dit komt waarschijnlijk door de indrukwekkende elektrische geleidbaarheid en de uitzonderlijke sterkte en stijfheid van het materiaal.
De huidige koolstofnanotubes worden vervaardigd met een lengte-diameterverhouding tot wel 132.000.000:1, wat aanzienlijk hoger is dan bij enig ander materiaal. Naast de toepassingen in nanotechnologie, die nog vrij nieuw is in de wereld van halfgeleiders, is het belangrijk om te vermelden dat de meeste grafietfabrikanten al tientallen jaren specifieke grafietsoorten produceren voor de halfgeleiderindustrie.
2. Elektromotoren, generatoren en alternatoren
Koolstofgrafiet wordt ook vaak gebruikt in elektromotoren, generatoren en dynamo's in de vorm van koolborstels. In dit geval is een "borstel" een onderdeel dat stroom geleidt tussen stationaire draden en een combinatie van bewegende onderdelen, en dat meestal in een roterende as is ondergebracht.
3. Ionenimplantatie
Grafiet wordt tegenwoordig steeds vaker gebruikt in de elektronica-industrie, onder meer voor ionenimplantatie, thermokoppels, elektrische schakelaars, condensatoren, transistors en batterijen.
Ionenimplantatie is een technisch proces waarbij ionen van een bepaald materiaal in een elektrisch veld worden versneld en als een soort impregnatie in een ander materiaal worden ingebracht. Het is een van de fundamentele processen die worden gebruikt bij de productie van microchips voor onze moderne computers. Grafietatomen zijn doorgaans een van de soorten atomen die in deze silicium-gebaseerde microchips worden ingebracht.
Naast de unieke rol van grafiet bij de productie van microchips, worden op grafiet gebaseerde innovaties nu ook gebruikt om traditionele condensatoren en transistoren te vervangen. Volgens sommige onderzoekers zou grafeen een mogelijk alternatief voor silicium kunnen zijn. Het is 100 keer dunner dan de kleinste siliciumtransistor, geleidt elektriciteit veel efficiënter en heeft exotische eigenschappen die zeer nuttig kunnen zijn in quantumcomputing. Grafeen wordt ook gebruikt in moderne condensatoren. Sterker nog, grafeen-supercondensatoren zouden 20 keer krachtiger zijn dan traditionele condensatoren (met een vermogen van 20 W/cm³) en mogelijk 3 keer sterker dan de huidige krachtige lithium-ionbatterijen.
4. Batterijen
Ook bij batterijen (droge cellen en lithium-ion) spelen koolstof- en grafietmaterialen een belangrijke rol. In het geval van een traditionele droge cel (de batterijen die we vaak gebruiken in onze radio's, zaklampen, afstandsbedieningen en horloges) wordt een metalen elektrode of grafietstaaf (de kathode) omgeven door een vochtige elektrolytpasta, en beide zijn ingekapseld in een metalen cilinder.
Moderne lithium-ionbatterijen gebruiken tegenwoordig ook grafiet als anode. Oudere lithium-ionbatterijen gebruikten traditionele grafietmaterialen, maar nu grafeen steeds gemakkelijker verkrijgbaar wordt, worden grafeenanodes gebruikt – voornamelijk om twee redenen: 1. Grafeenanodes houden energie beter vast en 2. Het belooft een 10x snellere laadtijd dan een traditionele lithium-ionbatterij.
Oplaadbare lithium-ionbatterijen worden tegenwoordig steeds populairder. Ze worden nu vaak gebruikt in huishoudelijke apparaten, draagbare elektronica, laptops, smartphones, hybride elektrische auto's, militaire voertuigen en ook in de lucht- en ruimtevaart.
Plaatsingstijd: 15-03-2021