Graphen ist ein zweidimensionales Material, das aus Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind.
Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften verfügt es über ein breites Spektrum an potenziellen Anwendungen.
Zu diesen Eigenschaften gehören hohe Leitfähigkeit, Flexibilität, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Die Anwendungen von Graphen können grob in die Bereiche Elektronik, Energiespeicherung, Verbundwerkstoffe und Biosensorik/Gesundheitswesen eingeteilt werden.
5 erforschte Schlüsselbereiche
1. Elektronik
Die hohe Elektronenbeweglichkeit und Leitfähigkeit von Graphen machen es zu einem idealen Material für elektronische Anwendungen.
CVD-gewachsenes Graphen ist für diese Anwendungen besonders geeignet.
Es hat das Potenzial, in leitfähigen Tinten und fortschrittlichen Computerlösungen wie photonischen FPGAs eingesetzt zu werden.
Optische Modulatoren auf Graphenbasis könnten auch für künftige 6G-Protokolle entscheidend sein.
2. Energiespeicherung
Die hohe Oberfläche im Verhältnis zum Volumen und die hervorragende Leitfähigkeit von Graphen machen es zu einem vielversprechenden Material für Batterien und Superkondensatoren.
Es kann mehr Energie speichern und schneller aufladen als andere Materialien.
Dies könnte möglicherweise die Brennstoffzellentechnologie revolutionieren.
Graphen kann mit Hilfe des CVD-Verfahrens auf verschiedene Materialien aufgebracht werden, um deren Energiespeicherfähigkeiten zu verbessern.
Es wurde auch mit hexagonalem Bornitrid (hBN) und Übergangsmetall-Dichalcogeniden (TMDCs) für den Einsatz in der Nanoelektronik- und Optoelektronikindustrie integriert.
3. Verbundwerkstoffe
Graphenpulver und -nanopartikel, die hauptsächlich im Top-down-Verfahren hergestellt werden, werden als Zusatzstoffe in Polymerverbundwerkstoffen, Beschichtungen und Wärmemanagementsystemen verwendet.
Diese Additive können herkömmliche Materialien wie Ruß ersetzen oder neue Funktionalitäten ermöglichen.
Sie verbessern die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe erheblich.
4. Biosensorik/Gesundheitswesen
Graphen-Biosensoren werden für die diagnostische Digitalisierung entwickelt, insbesondere für Point-of-Care-Anwendungen (PoC).
Diese Sensoren nutzen die Leitfähigkeit und Empfindlichkeit von Graphen zum Nachweis biologischer Marker.
Sie haben das Potenzial, die Diagnostik im Gesundheitswesen zu verändern.
5. Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Graphen aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften ein vielseitiges Material ist, das in vielen wichtigen Bereichen eingesetzt werden kann.
Die Massenproduktion von hochwertigem Graphen zu vertretbaren Kosten bleibt jedoch eine Herausforderung.
Dies ist entscheidend für eine breite Akzeptanz des Materials.
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