שימוש בגרפיט ביישומי אלקטרוניקה

גרפן הוא מה שמדענים ומהנדסים מכנים שכבה אחת של גרפיט ברמה האטומית, ושכבות דקות אלו של גרפן מגולגלות ומשמשות בננו-צינוריות. זה כנראה נובע מהמוליכות החשמלית המרשימה ומהחוזק והקשיחות יוצאי הדופן של החומר.

ננו-צינוריות פחמן של ימינו בנויות ביחס אורך-קוטר של עד 132,000,000:1, שהוא גדול משמעותית מכל חומר אחר. מלבד השימוש בננוטכנולוגיה, שהיא עדיין חדשה למדי בעולם המוליכים למחצה, יש לציין שרוב יצרני הגרפיט מייצרים גרפיט בדרגות ספציפיות עבור תעשיית המוליכים למחצה במשך עשרות שנים.

2. מנועים חשמליים, גנרטורים ואלטרנטורים

חומר גרפיט פחמן משמש לעתים קרובות גם במנועים חשמליים, גנרטורים ואלטרנטורים בצורת מברשות פחמן. במקרה זה "מברשת" היא מכשיר המוליך זרם בין חוטים נייחים לשילוב של חלקים נעים, והוא בדרך כלל ממוקם בתוך ציר מסתובב.

3. השתלת יונים

גרפיט נמצא כיום בשימוש תכוף יותר בתעשיית האלקטרוניקה. הוא משמש גם בהשתלת יונים, צמדים תרמיים, מתגים חשמליים, קבלים, טרנזיסטורים וסוללות.

השתלת יונים היא תהליך הנדסי שבו יונים של חומר מסוים מואצים בשדה חשמלי ופוגעים בחומר אחר, כצורה של הספגה. זהו אחד התהליכים הבסיסיים המשמשים בייצור שבבים עבור המחשבים המודרניים שלנו, ואטומי גרפיט הם בדרך כלל אחד מסוגי האטומים המוזרקים לשבבים מבוססי סיליקון אלה.

מלבד תפקידו הייחודי של גרפיט בייצור שבבים, כיום משתמשים בחידושים מבוססי גרפיט גם כדי להחליף קבלים וטרנזיסטורים מסורתיים. לדברי כמה חוקרים, גרפן עשוי להיות אלטרנטיבה אפשרית לסיליקון לחלוטין. הוא דק פי 100 מטרנזיסטור הסיליקון הקטן ביותר, מוליך חשמל בצורה יעילה הרבה יותר, ובעל תכונות אקזוטיות שיכולות להיות שימושיות מאוד במחשוב קוונטי. גרפן שימש גם בקבלים מודרניים. למעשה, סופר-קבלים של גרפן נחשבים חזקים פי 20 מקבלים מסורתיים (משחררים 20 וואט/סמ"ק), והם עשויים להיות חזקים פי 3 מסוללות ליתיום-יון עתירות ההספק של ימינו.

4. סוללות

כשמדובר בסוללות (סוללות יבשות וליתיום-יון), גם חומרים של פחמן וגרפיט מילאו תפקיד מרכזי כאן. במקרה של סוללות יבשות מסורתיות (הסוללות שאנו משתמשים בהן לעתים קרובות ברדיו, בפנסים, בשלטים ובשעונים שלנו), אלקטרודה מתכתית או מוט גרפיט (הקתודה) מוקפים במשחת אלקטרוליט לחה, ושניהם עטופים בתוך גליל מתכת.

סוללות ליתיום-יון מודרניות של ימינו משתמשות גם הן בגרפיט - כאנודה. סוללות ליתיום-יון ישנות יותר השתמשו בחומרי גרפיט מסורתיים, אולם כעת, כשגרפן הופך לזמין יותר, אנודות גרפן נמצאות בשימוש במקום זאת - בעיקר משתי סיבות; 1. אנודות גרפן אוגרות אנרגיה טוב יותר ו-2. הן מבטיחות זמן טעינה מהיר פי 10 מסוללת ליתיום-יון מסורתית.

סוללות ליתיום-יון נטענות הופכות פופולריות יותר ויותר בימים אלה. כיום הן משמשות לעתים קרובות במכשירי חשמל ביתיים, אלקטרוניקה ניידת, מחשבים ניידים, טלפונים חכמים, מכוניות חשמליות היברידיות, כלי רכב צבאיים וגם ביישומי תעופה וחלל.