Graphen, ein zweidimensionales Material, das aus Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind, hat aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wie hohe Leitfähigkeit, Flexibilität, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit ein breites Spektrum an potenziellen Anwendungen. Diese Anwendungen können grob in die Bereiche Elektronik, Energiespeicherung, Verbundwerkstoffe und Biosensorik/Gesundheitswesen eingeteilt werden.
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 und könnte in leitfähigen Tinten und fortschrittlichen Computerlösungen wie photonischen FPGAs zum Einsatz kommen. Optische Modulatoren auf Graphenbasis könnten auch in künftigen 6G-Protokollen von entscheidender Bedeutung sein.
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, was die Brennstoffzellentechnologie revolutionieren könnte. 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 kombiniert.
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 Funktionen ermöglichen, wodurch die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe erheblich verbessert werden.
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, um biologische Marker zu erkennen, was die Diagnostik im Gesundheitswesen verändern könnte.
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 qualitativ hochwertigem Graphen zu angemessenen Kosten ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung, die für eine breite Akzeptanz entscheidend ist.
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