کاربردهای گرافن؛ گرافن چیست و چه کاربردهایی در صنعت دارد؟

محققان و شیمی‌دان‌ها همواره در تلاش برای یافتن مواد شیمیایی جدیدی برای ساخت منابع و ترکیبات شیمیایی متنوع بوده‌اند. ترکیباتی که در نهایت در صنایع و کارخانه‌جات برای تولید محصولات باکیفیت قابل استفاده در زندگی مردمان سراسر جهان استفاده می‌شود. یکی از این ترکیبات گرافن نام دارد. ماده‌ای که یکی از ساختارهای کربنی است و به دلیل ویژگی‌های ساختاری خاصی که دارد، در بخش‌های مختلفی از صنعت کاربردهای فراوانی خواهدداشت. عده‌ای از محققان گرافن را مواد آینده می‌نامند. برای آشنایی با کاربردهای گرافن که عنوان تحقیق کتاب شیمی پایه دوازدهم است، با مقاله پیش رو همراه شوید.

گرافن چیست؟

ممکن است با شنیدن نام گرافن تصور کنید که این ماده همان گرافیت است. در صورتیکه گرافن کمی با گرافیت متفاوت است. گرافن ساختاری کربنی دارد که از گرافیت استخراج می‌شود. گرافن به دلیل ویژگی‌های باارزشی که دارد در صنایع مختلف همچون انرژی، ساخت‌وساز، سلامت و صنایع الکترونیکی کاربردهای فراوانی دارد. از جمله ویژگی‌هایی که باعث برتری این ماده نسبت به سایر ترکیبات شیمیایی می‌شود، می‌توان به انعطاف‌پذیری مطلوب، وزن کم و در عین حال مقاومت بالا اشاره کرد.

آشنایی با کاربرد گرافن بر اساس ویژگی‌های ساختاری

همانطور که در بخش قبل اشاره شد، گرافن ساختار ویژه‌ای دارد که آن را به ماده‌ای ارزشمند تبدیل می‌کند. از مهم‌ترین ویژگی‌های این ماده که می‌تواند منجر به تولید قطعاتی با ساختار جدید و باکیفیت در صنعت شود، عبارتند از: رسانایی حرارتی و الکتریکی بالا، خاصیت ارتجاعی و انعطاف‌پذیری، وزن کم و در نهایت مقاومت و سختی بالا.

رسانایی بالا

ساخت باتری‌هایی با طول عمر بالا یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های تولیدکنندگان این قطعه است. استفاده از گرافن در ساختار باتری‌ها می‌تواند عمر مفید این قطعه را تا ۱۰ برابر افزایش داده و زمان شارژ باتری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. با این حال برای جایگزینی کامل لیتیوم با گرافن در ساخت باتری، به صرف زمان قابل توجهی نیاز است. موضوعی که باعث شده هنوز باتری‌های لیتیومی ساخته شوند.

وزن کم گرافن

در ساخت انواع مختلفی از پهباد نیاز به استفاده از باتری‌هایی با وزن کم و در عین حال با مقاومت و سختی بالایی است. به همین دلیل گرافن یکی از بهترین مواد برای استفاده در ساخت این باتری‌ها خواهدبود. به طور کلی قطعاتی مانند باتری که منبع ذخیره‌سازی انرژی هستند، ذاتا وزن بالایی دارند. به همین دلیل یافتن و استفاده از ماده‌ای مانند گرافن در تولید این قطعات می‌تواند انقلابی را در این عرصه به وجود آورد.

شفافیت و انعطاف‌پذیری

گرافن ماده‌ای شفاف بوده که جذب نور بسیار کمی در حدود ۲ درصد دارد. ترکیب این ویژگی با خاصیت ارتجاعی بی‌نظیر گرافن آن را به ماده‌ای عالی برای ساخت صفحه‌های نمایشگر محصولات دیجیتال تبدیل می‌کند. خاصیت انعطاف‌پذیری و مقاومت بالای گرافن باعث می‌شود در برابر شکستگی‌ها مقاومت خوبی را نشان دهد و دچار آسیب نشود. به همین دلیل این ماده یکی از بهترین مواد برای استفاده در تولید محصولاتی مانند تلویزیون، تلفن‌های همراه و قطعات خودرو است.

مقاومت بالا

گرافن خاصیت رسانایی الکتریکی و مقاومت مطلوبی دارد. داشتن چنین ویژگی‌هایی باعث می‌شود که گرافن گزینه‌ی بسیار خوبی برای استفاده در تولید محصولات روشنایی شود. برای مثال لامپ‌های گرافن به دلیل مصرف انرژی کمتر در مقایسه با لامپ‌های LED موجود در بازار می‌توانند در حفظ منابع انرژی کره زمین و زیست محیطی نقش موثری ایفا کنند.

کاربرد گرافن در حوزه‌های مختلف صنعت

کاربرد گرافن محدود به یک بخش از صنعت نمی‌شود. از این ماده باارزش می‌توان در بخش‌های مختلفی از صنایع استفاده کرد. بسیاری از دانشمندان و فعالان حوزه فناوری معتقدند که گرافن می‌تواند انقلابی را در حوزه فناوری و دیجیتال ایجاد کند.

کاربرد گرافن در بخش انرژی

باتری‌ها نقش مهمی در مصرف منابع انرژی ایفا می‌کنند. متخصصان معتقدند استفاده از گرافن در ساخت باتری‌ها می‌تواند پیشرفت بزرگی محسوب شود. چراکه وجود چنین ماده‌ای در ساختار باتری‌ها مانع از گرم شدن بیش از اندازه دستگاه‌های الکترونیکی در استفاده طولانی‌مدت خواهدشد. کاربرد گرافن در رنگ‌سازی و استفاده از رنگ‌های تولید شده از این ماده هم می‌تواند به عنوان یکی از راه‌کارهای کاهش مصرف انرژی شناخته شود. استفاده از چنین رنگ‌هایی در طراحی فضای داخلی خانه‌ها می‌تواند به بهره‌وری انرژی کمک کند. پیش‌بینی می‌شود گرافن می‌تواند در بحث انرژی های تجدیدپذیر هم یک اتفاق خوبی را رقم بزند. چراکه این ماده در مقایسه با منابع انرژی امروزی، انرژی بیشتری را می‌تواند تولید کند.

کاربرد گرافن در ساخت‌وساز

با توجه به ویژگی‌های گرافن، استفاده از این ماده در ساختمان‌سازی تاثیر چشم‌گیری بر بهبود کیفیت کار خواهدداشت. این ماده می‌تواند به عنوان یک عایق انرژی و همچنین مقاوم در برابر حوادث، آتش‌سوزی و رطوبت عمل کند. گرافن به عنوان ماده‌ای پایدار و سازگار با محیط زیست هم شناخته می‌شود. از این رو استفاده از آن در تولید مصالح ساختمانی می‌تواند موادی مانند بتن سبز، ماده‌ای مقاوم و در عین حال دوست‌دار محیط زیست تولید کند.

کاربرد گرافن در حوزه سلامت و پزشکی

از کاربرد گرافن در حوزه پزشکی و بهداشت هم نباید غافل شد. برای مثال می‌توان به کمک این ماده سمعک‌هایی با کیفیت، مقاوم، سبک و بسیار منعطف تولید کرد. ایده‌هایی مطرح شده که نشان می‌دهد از گرافن می‌توان برای ساخت اندام مصنوعی استفاده کرد. اکسید گرافن که از گرافن به دست می‌آید، دارای خواص مکانیکی است. در حال حاضر تحقیقاتی بر روی این ترکیب در حال انجام است که مشخص شود آیا می‌توان از اکسید گرافن برای تشخیص و درمان بیماری‌ها استفاده کرد یا خیر؟

کاربرد گرافن در قطعات الکترونیکی

شاید مهم‌ترین تاثیر خواص بی‌نظیر گرافن در حوزه‌ی قطعات الکترونیکی دیده شود. استفاده از این ماده در تولید قطعات و دستگاه‌های الکتریکی می‌تواند دستگاهی کوچک، سبک، مقاوم و با کارایی بهتر تولید کرد. ویژگی‌هایی که با استفاده از قطعات الکترونیکی موجود در بازار فعلی، دست‌یابی به آن‌ها را با مشکل مواجه می‌کند. یکی از عوامل موثر در خرابی بسیاری از مدارهای الکترونیکی، رطوبت است. استفاده از گرافن به دلیل مقاومتی که در برابر رطوبت داشته، می‌تواند باعث بهبود طول عمر این مدارها شود. همچنین خاصیت رسانایی الکتریکی و حرارتی گرافن ۱۰۰۰ برابر بیشتر از مس است.

سخن پایانی

گرافن یک ترکیب شگفت‌انگیز با ساختار کربنی است که به گفته‌ی محققان می‌تواند انقلابی را در صنعت آینده رقم بزند. این ماده به دلیل ویژگی‌های فوق‌العاده‌ای همچون وزن کم، مقاومت بالا، رسانای حرارتی و انعطاف‌پذیری بالا کاربردهای فراوانی در حوزه‌های مختلف همچون دیجیتال، سلامت و ساخت‌وساز دارد.

برگرفته از: What is graphene and how can it be used