Grafiet heeft een uniek vermogen om elektriciteit te geleiden en tegelijkertijd warmte af te voeren van cruciale componenten. Dit maakt het een uitstekend materiaal voor elektronische toepassingen, waaronder halfgeleiders, elektromotoren en zelfs de productie van moderne batterijen.
Grafeen is de benaming die wetenschappers en ingenieurs gebruiken voor een enkele laag grafiet op atomair niveau. Deze dunne lagen grafeen worden opgerold en gebruikt in nanobuisjes. Dit is waarschijnlijk te danken aan de indrukwekkende elektrische geleidbaarheid en de uitzonderlijke sterkte en stijfheid van het materiaal.
De koolstofnanobuisjes van vandaag hebben een lengte-diameterverhouding van maar liefst 132.000.000:1, wat aanzienlijk groter is dan bij welk ander materiaal dan ook. Naast het gebruik in nanotechnologie, wat nog relatief nieuw is in de wereld van halfgeleiders, is het belangrijk om te vermelden dat de meeste grafietfabrikanten al tientallen jaren specifieke soorten grafiet produceren voor de halfgeleiderindustrie.
2. Elektromotoren, generatoren en wisselstroomgeneratoren
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 vaste draden en een combinatie van bewegende onderdelen, en is deze meestal ondergebracht in een roterende as.
3. Ionimplantatie
Grafiet wordt tegenwoordig steeds vaker gebruikt in de elektronica-industrie. Het wordt toegepast bij ionenimplantatie, thermokoppels, elektrische schakelaars, condensatoren, transistors en batterijen.
Ionimplantatie is een technisch proces waarbij ionen van een bepaald materiaal in een elektrisch veld worden versneld en in een ander materiaal worden ingebracht, als een vorm van impregnering. 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 geïnfuseerd.
Naast de unieke rol van grafiet in de productie van microchips, worden innovaties op basis van grafiet nu ook gebruikt ter vervanging van traditionele condensatoren en transistors. Volgens sommige onderzoekers zou grafeen zelfs een volledig alternatief voor silicium kunnen zijn. Het is 100 keer dunner dan de kleinste siliciumtransistor, geleidt elektriciteit veel efficiënter en heeft bijzondere eigenschappen die zeer nuttig kunnen zijn in de kwantumcomputing. Grafeen wordt ook al gebruikt in moderne condensatoren. Grafeen-supercondensatoren zouden zelfs 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-ionbatterijen) spelen koolstof en grafiet een belangrijke rol. Bij een traditionele droge cel (de batterijen die we vaak gebruiken in radio's, zaklampen, afstandsbedieningen en horloges) is 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 tegenwoordig gebruiken ook grafiet, als anode. Oudere lithium-ionbatterijen gebruikten traditioneel grafiet, maar nu grafeen steeds gemakkelijker verkrijgbaar is, worden in plaats daarvan grafeen-anodes gebruikt. Dit heeft voornamelijk twee redenen: 1. grafeen-anodes slaan energie beter op en 2. ze beloven een laadtijd die tien keer sneller is dan die van 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 zelfs in de lucht- en ruimtevaart.
Geplaatst op: 15 maart 2021