Het unieke vermogen van Grafiet om elektriciteit te geleiden en tegelijkertijd warmte af te voeren of over te dragen van kritische componenten, maakt het een geweldig materiaal voor elektronische toepassingen, waaronder halfgeleiders, elektromotoren en zelfs de productie van moderne batterijen.
Grafeen is wat wetenschappers en ingenieurs een enkele laag grafiet op atomair niveau noemen, en deze dunne lagen grafeen worden opgerold en gebruikt in nanobuisjes. Dit komt waarschijnlijk door de indrukwekkende elektrische geleidbaarheid en de uitzonderlijke sterkte en stijfheid van het materiaal.
De huidige koolstofnanobuisjes zijn geconstrueerd met een lengte-diameterverhouding van wel 132.000.000:1, wat aanzienlijk groter is dan enig ander materiaal. Behalve dat het wordt gebruikt in de nanotechnologie, wat nog vrij nieuw is in de wereld van halfgeleiders, moet worden opgemerkt dat de meeste grafietfabrikanten al tientallen jaren specifieke soorten grafiet maken voor de halfgeleiderindustrie.
2. Elektromotoren, generatoren en alternatoren
Koolstofgrafietmateriaal wordt ook vaak gebruikt in elektromotoren, generatoren en dynamo's in de vorm van koolborstels. In dit geval is een “borstel” een apparaat dat stroom geleidt tussen stationaire draden en een combinatie van bewegende delen, en is meestal ondergebracht in een roterende as.
3. Ionenimplantatie
Grafiet wordt nu vaker gebruikt in de elektronica-industrie. Het wordt ook gebruikt bij 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 in een ander materiaal worden geïmpregneerd, als een vorm van impregnatie. Het is een van de fundamentele processen die worden gebruikt bij de productie van microchips voor onze moderne computers, en grafietatomen zijn doorgaans een van de soorten atomen die in deze op 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 transistors te vervangen. Volgens sommige onderzoekers zou grafeen een mogelijk alternatief kunnen zijn voor silicium. Het is honderd keer dunner dan de kleinste siliciumtransistor, geleidt elektriciteit veel efficiënter en heeft exotische eigenschappen die zeer nuttig kunnen zijn bij kwantumcomputers. Grafeen wordt ook gebruikt in moderne condensatoren. In feite zijn grafeensupercondensatoren vermoedelijk 20x keer krachtiger dan traditionele condensatoren (er komt 20 W/cm3 vrij), en ze kunnen 3x keer sterker zijn dan de huidige krachtige lithium-ionbatterijen.
4. Batterijen
Als het gaat om batterijen (droge cellen en lithium-ion), hebben koolstof- en grafietmaterialen hier ook een belangrijke rol gespeeld. 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.
De moderne lithium-ionbatterijen van vandaag gebruiken ook grafiet – als anode. Oudere lithium-ionbatterijen gebruikten traditionele grafietmaterialen, maar nu grafeen gemakkelijker verkrijgbaar wordt, worden nu grafeenanodes gebruikt – vooral om twee redenen; 1. grafeenanodes houden energie beter vast en 2. het belooft een oplaadtijd die 10x keer sneller is dan die van een traditionele lithium-ionbatterij.
Oplaadbare lithium-ionbatterijen worden tegenwoordig steeds populairder. Ze worden nu vaak gebruikt in onze huishoudelijke apparaten, draagbare elektronica, laptops, smartphones, hybride elektrische auto's, militaire voertuigen en ook in lucht- en ruimtevaarttoepassingen.
Posttijd: 15 maart 2021