Esencja grafenu

Grafen "idealny"

Pod względem fizykochemicznym grafen jest dwuwymiarową warstwą atomów węgla o grubości jednego atomu, o heksagonalnym ułożeniu atomów, w „plaster miodu”. Jest on przedstawiany często jako jednorodna sieć o dużych rozmiarach. W praktyce taka idealna struktura nie istnieje; możliwe jest jej wytworzenie w postaci niewielkich sąsiadujących ze sobą i nakładających się płatków.

Grafen rzeczywisty

Unikalność grafenu polega na łącznym występowaniu wielu wymienionych dalej właściwości, co nie zdarza się w dotychczas znanych materiałach. Są to: wytrzymałość mechaniczna, elastyczność, właściwości termiczne (wysokie przewodnictwo cieplne), transparentność w pełnym zakresie fal e-m, nieprzepuszczalność dla praktycznie wszystkich substancji, właściwości biologiczne, zdolność sensoryczna, właściwości elektroniczne (głównie b. wysoka ruchliwość elektronów), wysoka przewodność cieplna i elektryczna.

Właściwości grafenu i ich implikacje dla zastosowań

Wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej (≈ 130 x większa niż dla krzemu, ≈ 25 x większa niż dla GaAs) oraz wysoka przewodność elektryczna:

• Tranzystory wysokiej częstotliwości, spintronika, pamięci półprzewodnikowe, MEMS1, elektronika wysokich częstotliwości
• Pokrycia ESD, EMI i RFI
• Anteny dla b. wysokich częstotliwości

Wysoka wytrzymałość (moduł Younga ≈ 1100 Gpa, wytrzymałość na złamanie ≈ 130 GPa):

• Materiały kompozytowe
• Ogromna sztywność otwiera zastosowanie w nanosensorach ciśnienia

Elastyczność:

• Elektronika elastyczna
• Tagi RFID

Duża powierzchnia czynna na jednostkę wagi (granicznie 2630 m²/g):

• Magazynowanie energii (superkondensator, ogniwa nowej generacji)
• Ogniwa paliwowe

Wysoka transmisyjność (98%) promieniowania e-m przy płaskiej charakterystyce:

• Przezroczyste elektrody, fotowoltaika, materiały dla wytwarzania laserów

Duża trwałość dla wysokich gęstości prądu:

• Materiały kablowe

Wysoka wrażliwość na związki chemiczne (chemiczne „sterowanie” właściwościami fizycznymi):

• Bio sensory i sensory chemiczne
• Magazynowanie wodoru

Wysoka przewodność cieplna połączona z własnościami anizotropicznymi (≈3000W/m-K w płaszczyźnie, ≈2W/m-K w wymiarze prostopadłym):

• Magazynowanie ciepła/energii
• Zarządzanie przepływami ciepła - chłodzenie

Materiał nieprzepuszczalny (dla materiału bez defektów):

• Pokrycia i farby
• Folie spożywcze
• Kompozyty warstwowe

Hydrofobowość:

• Kompozyty pracujące w warunkach dużej wilgotności

Bakteriobójczość:

• Materiały dla budowy sterylnych pomieszczeń
• Materiały opatrunkowe