ساخت ترانزیستورهای بسیار کوچک وبسیار سریع با استفاده از گرافن:
گروه تحقیقاتی دانشگاه منچستر یک ترانزیستور گرافنی یک نانومتری ساخت که ضخامت آن یک اتم و قطرش برابر ده اتم بود. عده ای پیش بینی کرده بودند که ترانزیستورهای مذکور که از مشتقات گرافن بودند روزی جای سیلیکون را به عنوان پایه ی محاسبات آینده بگیرد.
به مدت چهل سال، یک قانون کلی به نام قانون مور بر محاسبات حکمفرما بوده است. این قانون پیش بینی می کند که تقریباً هر دو سال، تعداد ترانزیستورهای مورد استفاده روی تراشه ها دو برابر خواهد شد.با این وجود، سیلیکون که تا به حال پا به پای قانون مور آمده است، در ابعاد زیر ده نانومتر ساختارهای پایداری ندارد. جدیدترین تراشه های امروز تنها چهل و پنج نانومتر ابعاد دارند. بنابراین وجود جایگزینی برای سیلیکون احساس می شود.
شرکت‌هایی مانند آی‌بی‌ام و نوکیا هم به آینده گرافن امید بسته‌اند. آی‌بی‌ام یک ترانزیستو 150 گیگاهرتزی تولید کرده است؛ در حالی که سریع‌ترین ترانزیستور سیلیکونی قابل قیاس با این ترانزیستور، در فرکانس 40 گیگاهرتز کار می‌کند.

ذخیره بسیار متراکم داده‌ها:
گروهی از پژوهشگران دانشگاه Rise یک نمونه حافظه شبیه حافظه‌های فلش کنونی ساختند که مبتنی بر گرافن طراحی شده‌بود و علاوه بر این‌که از چگالی و تراکم بیشتری برخوردار بود، اتلاف حافظه کمتری داشت.
 
ذخیره انرژی:
کاربرد گرافن در بخش انرژی نیز قابل توجه است. تلاش‌ها برای استفاده از این ماده جهت ساخت خازن‌های پرقدرت با قابلیت ذخیره و انتقال جریان الکتریسیته آغاز شده‌است. هم‌اکنون نیز بعضی از شرکت‌هایی که در ساخت محصولات الکترونیکی ویژه از نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کنند، در حال روی آوردن به گرافن هستند. نمونه‌ای از این محصولات الکترونیکی ویژه، لباس‌هایی هستند که می‌توان آن‌ها را پوشید و در صورت نیاز تجهیزات الکتریکی را با آن‌ها شارژ کرد. همچنین از ترکیب گرافن و آب برای ذخیره انرژی استفاده می کنند. آب،سبب خیس نگهداشتن گرافن (به شکل ژل) می شود ویک نیروی دافعه میان ورقه‌های منفرد ایجاد کرده و با جلوگیری از اتصال دوباره این ورقه‌ها به یکدیگر، امکان استفاده از این ماده را در کاربردهای واقعی ایجاد می‌کند. کارایی ژل گرافنی در ابزارهای ذخیره انرژی هم از نظر میزان بار قابل ذخیره‌سازی و هم از نظر زمان رهایش این بار بسیار بهتر از فناوری دیگرِ مبتنی بر کربن بود.
 
تجهیزات نوری، سلول‌های خورشیدی و نمایشگرهای لمسی انعطاف‌پذیر:
گروهی از پژوهشگران دانشگاه کمبریج اظهار داشتند مزیت اصلی گرافن در این است که می‌تواند نور و الکتریسیته را از خود عبور دهد. این ویژگی‌ها در کنار مزایایی مانند استحکام و انعطاف‌پذیری باعث می‌شود تا استفاده از آن به افزایش بازده سلول‌های خورشیدی و لامپ‌های LED بیانجامد، مضاف بر این‌که در ساخت تجهیزات نسل جدید از جمله نمایشگرهای لمسی، نوریاب‌ها و لیزرهای فوق‌ سریع نیز سودمند خواهد بود.

استفاده از گرافن در تولید نازک ‌ترین جامه نامرئی:
جامه نامرئی یکی از فناوری‌های است که می‌تواند در حوزه‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. پژوهشگران دریافته‌اند که با استفاده از گرافن، می‌توان این البسه را تا حد بسیار زیادی نازک کرد. با این کار طیف کاربرد این فناوری افزایش محسوسی می‌یابد.
محققان دریافتند که حتی یک لایه اتمی از گرافن می‌تواند خواص فوق الذکر را داشته باشد. برای این کار از سطوح دارای فرکانس مناسب، یعنی سطوح رسانا با الگوهای مناسب، استفاده شد که با این کار مقاومت موثر سطح به‌کار گرفته می‌شود. یکی دیگر از مزایای جامه گرافنی آن است که می‌توان مقاومت سطح موثر آن را در لحظه تنظیم کرد. با این کار می‌توان جامع قابل سوئیچ و قابل تنظیم تولید نمود.

استفاده از گرافن برای کاهش زمان شارژباتری ها:
افزودن مقدار کمی گرافن به مواد موجود در باتری می‌تواند زمان شارژ باتری را به‌شدت کاهش دهد.باتری‌های جدیدی که در گروه انرژی در آزمایشگاه ملی Pacific Northwest و شرکت Vorbeck Material تهیه شده، می‌تواند زمان شارژ خودرو‌ها و ادوات الکترونیکی و حتی تلفن‌های همراه را از چند ساعت به چند دقیقه کاهش دهد.
محققان این پروژه ثابت کردند که افزودن مقدار کمی از گرافن می‌تواند پایداری چرخه‌ای و توان باتری‌های یون لیتیم را به‌شدت افزایش دهد، این در حالی است که این مسئله تأثیری روی ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی که در این باتری‌ها بالاست ـ ندارد. نتایج این پروژه منجر به تولید باتری‌هایی می شود که مقدار زیادی انرژی را در خود ذخیره کرده، خیلی سریع شارژ می‌شوند.
فیزیک ذرات پرانرژی:
گرافن ماده‌ای است که پژوهشگران مرکز تحقیقاتیCERN‌ رانیز خشنود خواهد کرد. زیرا استفاده از این ماده، مطالعه ذرات کوانتومی در سرعت‌های بالا را ساده‌تر خواهد کرد. با توجه به این‌که گرافن فقط دو بعد دارد، الکترون‌ها می‌توانند تقریباً بدون وجود مقاومت در ساختار مشبک آن حرکت کنند.
اظهارات متخصصان و پژوهشگران حاکی از آن است که محصولات گرافنی تا صنعتی شدن فاصله‌ زیادی ندارند. به هر حال، همگام با افزایش نیازهای علمی و محاسباتی مواد جدیدی پا به عرصه می‌گذارند که استفاده از آن‌ها می‌تواند بین عرضه و تقاضا تعادل ایجاد کند.

مشکلات گرافن:
گرافن ماده ای است که از ورقه های مسطح کربن ساخته می شود و آرایش آن مثل لانه ی زنبور می باشد. در این ماده الکترونها می توانند به صورت مجازی 100 برابر سریعتر از الکترونهای حاضر در سیلیکون حرکت کنند به همین علت به طور بالقوه گرافن می تواند کاربردهای زیادی در صنایع الکترونیک داشته باشد. این ماده در حال حاضر اصلی ترین رقیب سیلیکون به شمار می رود.
برخلاف سیلیکون، گرافن فاقد باند گپ الکترونیکی است. باند گپ به محدوده انرژی گفته می‌شود که توسط الکترون‌ها اشغال نشده و برای کاربردهای الکترونیکی حائز اهمیت است. ایجاد یک باندگپ در محدوده انرژی الکترونی گرافن یک پیش نیاز ضروری برای به‌کارگیری گرافن در ترانزیستورها است.

تولید گرافن جدید به نازكی كاغذ و محكم‌تر از استیل:
این گرافن كاغذی كه از گرافیت اصلاح شده توسط فرآیندهای شیمیایی به شبكه‌های تك لایه شش ضلعی كربنی ساخته شده و به نازكی كاغذ در آمده، بسیار مستحكم است.
این گرافن كاغذی در مقایسه با استیل پنج برابر سبكتر بوده و از پنج تا شش برابر تراكم كمتری برخوردار است. این ماده همچنین از دو برابر استحكام بیشتر، 10 برابر مقاومت كششی بیشتر و 10 برابر استحكام خمشس بالاتر نسبت به استیل برخوردار است.
این مساله نه تنها یك پیشرفت چشمگیر در ویژگی‌های استیل، بلكه گامی به جلو در استحكام كلی مواد است. از آنجایی كه این ماده گرافن است، با چند ویژگی جالب الكتریكی، حرارتی و الكترونیكی نیز اشباع شده‌است.
بهترین ویژگی این ماده سخت و پرهزینه نبودن آن برای تولید بوده و از این رو می‌توان از آن در صنعت خودرو‌سازی و هوانوردی استفاده كرد.



نتايج کار محققان سوئدي نشان داد که براي ساخت گرافن از اکسيد گرافيت مي‌توان از الکل نيز استفاده کرد. در اين فرايند مولکول‌هاي الکل تحت فشار بالا وارد لايه‌هاي اکسيد گرافيت مي‌شوند و با اين کار صفحات اين ماده را از هم جدا کرده، ورقه‌هاي گرافني را ايجاد مي‌كنند.

از 150 سال پيش تاکنون، دانشمندان روي ساختار گرافيت کار مي‌کنند؛ البته اين در حالي است كه اخيراً به‌دليل امکان تبديل اکسيد گرافيت به گرافن اين فرايند بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌است. اکسيد گرافيت با حرارت ديدن يا در معرض نور فلاش دوربين عکاسي بودن، به گرافن تبديل مي‌شود. يك روش شيميايي هم براي اين کار ارائه شده که در آن اکسيد گرافيت را درون يک حلال متفرق مي‌کنند.
اخيراً محققان اين روش را توسعه داده‌اند؛ به‌طوري که با اعمال فشار امکان ساخت کامپوزيت‌هاي جديد گرافني را فراهم کرده‌اند. در اين روش به‌دليل اعمال فشار، شبکه‌ي مولکولي متورم شده، مولکول‌هاي بزرگ حلال به درون ساختار اکسيد گرافيت نفوذ مي‌کنند و با اين کار لايه‌هاي اکسيد گرافيت از هم جدا مي‌گردد. اگر فشار به حالت عادي بازگردد، بيشتر صفحات اکسيد گرافيت از هم جدا مانده، منجر به تشكيل گرافن مي‌‌شوند.
پيش از اين يک گروه تحقيقاتي بين المللي از چند کشور اروپايي اين روش را با استفاده از حلال «آب» مورد استفاده قرار داده بودند؛ اما محققان دانشگاه UMEL علاوه بر آب، از الکل و ترکيب آب و الکل نيز براي اين کار استفاده کردند كه مزيت استفاده از الکل در ساده‌تر بودن فرايند است.
آنها دريافتند زماني که از مخلوط آب و الکل استفاده مي‌شود، مي‌توان پس از اتمام فرايند دما را کاهش داد و آب مازاد موجود در سيستم را به‌صورت يخ جدا کرد؛ در حالي که آب موجود در لايه هاي اکسيد گرافيت يخ‌نزده و به‌صورت مايع باقي مي‌ماند.


منبع:
بخش دانش و زندگی تبیان و ....