שימוש בגרפיט ביישומי אלקטרוניקה

גרפן הוא מה שמדענים ומהנדסים מכנים שכבה אחת של גרפיט ברמה האטומית, והשכבות הדקות הללו של גרפן מגולגלות ומשמשות בננו-צינורות. הדבר נובע ככל הנראה מהמוליכות החשמלית המרשימה והחוזק והקשיחות יוצאי הדופן של החומר.

ננו-צינוריות הפחמן של היום בנויות עם יחס אורך לקוטר של עד 132,000,000:1, שהוא גדול משמעותית מכל חומר אחר. מלבד השימוש בננוטכנולוגיה, שהיא עדיין די חדשה בעולם המוליכים למחצה, יש לציין שרוב יצרני הגרפיט מייצרים דרגות ספציפיות של גרפיט לתעשיית המוליכים למחצה במשך עשרות שנים.

2. מנועים חשמליים, גנרטורים ואלטרנטורים

חומר גרפיט פחמן משמש לעתים קרובות גם במנועים חשמליים, גנרטורים ואלטרנטורים בצורה של מברשות פחמן. במקרה זה "מברשת" היא מכשיר המוליך זרם בין חוטים נייחים ושילוב של חלקים נעים, והוא נמצא בדרך כלל בפיר מסתובב.

3. השתלת יונים

גרפיט נמצא כעת בשימוש בתדירות רבה יותר בתעשיית האלקטרוניקה. הוא נמצא בשימוש גם בהשתלת יונים, צמדים תרמיים, מתגים חשמליים, קבלים, טרנזיסטורים וסוללות.

השתלת יונים היא תהליך הנדסי שבו יונים של חומר מסוים מואצים בשדה חשמלי ומושפעים לתוך חומר אחר, כצורה של הספגה. זהו אחד התהליכים הבסיסיים המשמשים בייצור מיקרו-שבבים עבור המחשבים המודרניים שלנו, ואטומי גרפיט הם בדרך כלל אחד מסוגי האטומים המוזרמים למיקרו-שבבים מבוססי סיליקון אלה.

מלבד התפקיד הייחודי של גרפיט בייצור של שבבים, חידושים מבוססי גרפיט משמשים כעת כדי להחליף גם קבלים וטרנזיסטורים מסורתיים. לדברי כמה חוקרים, גרפן עשוי להיות חלופה אפשרית לסיליקון לחלוטין. הוא דק פי 100 מטרנזיסטור הסיליקון הקטן ביותר, מוליך חשמל ביעילות רבה יותר, ובעל תכונות אקזוטיות שיכולות להיות שימושיות מאוד במחשוב קוונטי. גרפן שימש גם בקבלים מודרניים. למעשה, קבלי-על של גרפן הם כביכול חזקים פי 20 מקבלים מסורתיים (משחררים 20 W/cm3), והם עשויים להיות חזקים פי 3 מסוללות הליתיום-יון החזקות של היום.

4. סוללות

כשזה מגיע לסוללות (תאים יבשים וליתיום-יון), חומרי פחמן וגרפיט היו מכריעים גם כאן. במקרה של תא יבש מסורתי (הסוללות שאנו משתמשים בהן לעתים קרובות במכשירי הרדיו, הפנסים, השלטים והשעונים שלנו), אלקטרודת מתכת או מוט גרפיט (הקתודה) מוקפת במשחת אלקטרוליט לחה, ושניהם מוקפים בתוך גליל מתכת .

סוללות הליתיום-יון המודרניות של היום משתמשות גם בגרפיט - כאנודה. סוללות ליתיום-יון ישנות יותר השתמשו בחומרי גרפיט מסורתיים, אולם כעת, כשהגרפן הופך זמין יותר, נעשה שימוש באנודות גרפן במקום זאת - בעיקר משתי סיבות; 1. אנודות גרפן מחזיקות אנרגיה טוב יותר ו-2. היא מבטיחה זמן טעינה מהיר פי 10 מסוללת ליתיום-יון מסורתית.

סוללות ליתיום-יון נטענות הופכות יותר ויותר פופולריות בימינו. כיום הם משמשים לעתים קרובות במכשירי החשמל הביתיים שלנו, אלקטרוניקה ניידת, מחשבים ניידים, טלפונים חכמים, מכוניות חשמליות היברידיות, כלי רכב צבאיים, וגם ביישומי תעופה וחלל.