اخبار > تبدیل پسماند به گرافین با حداقل 40 کاربرد

 


تبدیل پسماند به گرافین با حداقل 40 کاربرد

دانشمندان دانشگاه رایس اخیرا با کمک "جیمز تور" (James Tour) شیمی‌دان این دانشگاه و "روزبه شهسواری"، استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و علوم مواد و فناوری نانو دانشگاه رایس و رئیس شرکت فناوری‌های" C-Crete "موفق به تبدیل مقادیر زیادی از هر منبع کربن به تکه‌های با ارزش گرافین شده‌اند.
 
به گفته پژوهشگران، روند انجام این کار سریع و ارزان بوده است. برای مثال تبدیل پوست موز به گرافین می‌تواند به کاهش چشمگیر تأثیرات زیست محیطی بتن و سایر مصالح ساختمانی کمک کند. دانشمندان این مطالعه اظهار کردند این روش که "فلش گرافین" (flash graphene) نام دارد، می‌تواند یک تن زغال سنگ، پسماند غذایی و یا پلاستیک‌ را به گرافین تبدیل کند.
 
 
گرافین (Graphene) نامِ یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. این ماده تشکیل‌شده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است. یک الکترون ظرفیت باقی‌مانده نیز بر روی کل صفحه گرافین و بین تمام اتم‌ها به اشتراک گذاشته‌شده و الکترونِ آزاد است.
 
"جیمز تور" گفت: این یک کار بزرگ است. در جهان حدود ۳۰ الی ۴۰ درصد ضایعات غذاها دور ریخته می‌شوند و زباله‌های پلاستیکی نیز به همین صورت است که این موضوعی واقعا نگران‌کننده است. ما قبلاً ثابت کرده‌ایم که هر ماده جامد مبتنی بر کربن، از جمله ضایعات پلاستیکی مختلط و لاستیک می‌تواند به گرافین تبدیل شود.
 
طی این مطالعه که در مجله "نیچر" منتشر شد، فلش گرافین تنها در ۱۰ میلی ثانیه با گرم کردن مواد حاوی کربن تا ۳ هزار درجه کلوین (حدود ۵ هزار درجه فارنهایت) ساخته می‌شود. مواد منبع تقریبا می‌تواند هر مواد حاوی کربن باشد. به گفته "تور"، پسماندهای غذایی، زباله‌های پلاستیکی، کک نفتی، زغال سنگ، الوار و بیوچار بهترین گزینه برای تبدیل به گرافین هستند.
 
کک نفتی (Petroleum coke) ماده جامد نهایی کربن است که از فرایند پالایش نفت حاصل می‌شود و گروهی از سوخت‌ها بشمار می‌آید که به عنوان کک‌ها شناخته می‌شوند. کک نفتی به‌طور خاص از یک فرایند نهایی کراکینگ حاصل می‌شود که از فرایندهای مهندسی شیمی بشمار می‌آید و هیدروکربن‌های زنجیره‌ای نفت را در بخشی به نام واحد کوکر، به زنجیره‌های کوتاه‌تر تقسیم می‌کند. کک نفتی به همراه الکترود گرافیتی از مواد مورد نیاز برای صنعت فولاد است.
 
"تور" در ادامه افزود: با توجه به قیمت فعلی گرافین که بین ۶۷ هزار تا ۲۰۰ هزار دلار در هر تن است، انجام این کار می‌تواند بسیار عالی و ارزشمند باشد.
 
غلظت تقریباً ۰.۱ درصد فلش گرافن در سیمانی که برای اتصال بتن استفاده می‌شود، می‌تواند تأثیر محیطی عظیم آن را تا یک سوم کاهش دهد. طبق گفته‌ها تولید سیمان به اندازه ۸ درصد دی اکسید کربن منتشر شده توسط انسان‌ها در هر سال است.
 
"تور" در ادامه افزود: با تقویت بتن با گرافین، می‌توان از بتن کمتری برای ساخت و ساز استفاده کرد و هزینه این روش نیز کمتر است. ما گازهای گلخانه‌ای مانند دی اکسید کربن و متان را که پسماندهای غذایی ممکن است در گورستان پسماند شهری تولید کنند را به دام می‌اندازیم. ما آن دسته از کربن‌ها را به گرافین تبدیل می‌کنیم و گرافین را به بتن اضافه می‌کنیم و بدین ترتیب میزان دی اکسید کربن تولید شده در ساخت بتن کاهش می‌یابد. این یک سناریو است که توسط گرافین می‌توانیم از محیط زیستمان محافظت کنیم.
 
"روزبه شهسواری" یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: تبدیل زباله به گنج (گرافین) برای اقتصاد دورانی بسیار مهم است. در این آزمایش، گرافین هم به عنوان یک قالب یا الگوی ۲ بعدی و هم یک عامل تقویت کننده عمل می‌کند که هیدراتاسیون سیمان و توسعه قدرت بعدی آن را کنترل می‌کند.
 
اقتصاد دورانی یا چرخشی (Circular Economy) یک نظام اقتصادی است که هدف آن کمینه کردن ضایعات و بیشترین استفاده از منابع است.
 
"تور" نیز در ادامه گفت: در گذشته گرافین بسیار گران بود و استفاده از آن نیز هزینه بسیاری برای افراد در برمی‌داشت؛ اما فرایند فلش می‌تواند به خوبی هزینه را کاهش دهد و به ما کمک کند تا به بهترین وجه ممکن ضایعات را مدیریت کنیم. با این روش که ما توسعه دادیم، این کربن هرگز مجددا به هوا بازنخواهد گشت.
 
این فرایند به خوبی با برنامه آینده‌نگرانه این دانشگاه که Carbon Hub نام دارد، مطابقت دارد؛ زیرا پژوهشگران طی این برنامه قصد دارند میزان انتشار کربن را به صفر برسانند. به گفته "تور"، فرایند گرافن فلش می‌تواند کربن جامد را به گرافین مورد نیاز بتن، آسفالت، ساختمان‌ها، ماشین‌ها، پوشاک و موارد دیگر تبدیل کند.
 
"گرمایش ژول فلش" برای حجم زیادی از گرافین‌ها توسط "دوی لونگ" (Duy Luong)، دانشجوی فارغ‌التحصیل دانشگاه رایس و نویسنده اصلی این مطالعه توسعه یافته است.
 
فرآیند فلاش در یک راکتور طراحی سفارشی اتفاق می‌افتد که مواد را به سرعت گرم می‌کند و همه عناصر غیر کربن را به عنوان گاز ساطع می‌کند. هنگامی که این فرآیند صنعتی می‌شود، عناصری مانند اکسیژن و نیتروژن که از راکتور فلش خارج می‌شوند، همه می‌توانند به عنوان مولکول‌های کوچک به دام افتند؛ زیرا دارای ارزش بالایی هستند.
 
پژوهشگران گفتند: فرآیند فلاش گرمای بسیار کمی را تولید می‌کند و تقریبا تمام انرژی آن را به سمت هدف هدایت می‌کند، به طوری‌که می‌توانید چند ثانیه بعد انگشت خود را درست روی ظرف بگذارید. البته باید ذکر کرد این تقریباً سه برابر گرمتر از کوره‌های رسوب بخار شیمیایی است که قبلاً برای ساختن گرافین از آنها استفاده می‌کردیم؛ اما در فرآیند فلاش گرما در ماده کربن متمرکز است. تمام انرژی اضافی به عنوان نور، در یک فلاش بسیار روشن به وجود می‌آید و از آنجا که هیچ حلالی وجود ندارد، این یک فرایند بسیار تمیز است.
 
"لونگ" انتظار نداشت که وقتی اولین دستگاه در مقیاس کوچک را توسعه دهد؛ بتواند به گرافین دست یابد. وی در این باره گفت: این ایده زمانی در ذهن من به وجود آمد  که یک مقاله علمی که در مورد گرم کردن "فلش ژول" بود را خواندم و در آنجا گفته بود گرم کردن "فلش ژول" نانوذرات تغییر یافته فلزات را تغییر می‌دهند.
 
شبیه‌سازی سطح اتمی توسط محقق و نویسنده این مطالعه از دانشگاه رایس "سنیا بتس" (Ksenia Bets) تأیید کرد که دما برای تشکیل سریع ماده مهم است.
 
وی گفت: ما اساساً روند زمین‌شناسی آهسته‌ای را که کربن در آن به حالت گرافیکی تبدیل می‌شود، سرعت می‌بخشیم.
 
"جیمز تور" امیدوار است ظرف مدت دو سال روزانه یک کیلوگرم (۲.۲ پوند) "گرافین فلش" تولید کند و بودجه این پروژه  نیز توسط وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا تأمین خواهد شد.
 
https://www.isna.ir/news/98111006795/
 
۴۰ تحول گرافن در زندگی ما (بخش اول)
گرافن ماده‌ای قدرتمند و منعطف بوده که حدود ۱۵ سال از شناسایی دقیق آن می‌گذرد. زمان زیادی برای بهبود و توسعه این ماده در آزمایشگاه‌ها صرف شده‌ و مدتی از ورود گرافن به بازار می‌گذرد.
 
اولین موج محصولات مبتنی بر گرافن در دنیای گوشی‌های هوشمند، پوشیدنی‌ها، باتری‌ها، واقعیت مجازی، تجهیزات ورزشی، ابرخازن‌ها و ابرخوردروها مورد استفاده قرار گرفتند. اما این تازه شروع ماجرای گرافن است.
 
گرافن ماده‌ای است که به اعتقاد برخی توسط بیگانگان و سفینه‌های فضایی در زمین رها شده‎‌است. خصوصیات تعجب برانگیز این ماده مانند ضخامت بسیار کم، رسانایی کم‌نظیر و مقاومت بالا، وجود چنین افسانه‌هایی را کاملا توجیه می‌کند.
 
سال‌ها است که دانشمندان و تولیدکنندگان در تلاش برای استفاده از ظرفیت‌های این ماده خارق‌العاده‌اند و این ماده در شرف متحول ساختن بسیاری از چیزهایی است که ما به‌طور روزمره از آن‌ها بهره می‌بریم.
 
خنک‌کننده گرافنی در هواوی میت 20 ایکس
هواوی میت 20 / Huawei Mate 20
 
جای تعجب است که چرا این غول فناوری روی این ماده مانور تبلیغاتی نداده‌است، اما در هر حال استفاده از گرافن در گوشی میت 20 ایکس کاملا بدیع و نوآورانه است.
 
البته جزئیات استفاده از گرافن در سیستم خنک‌سازی این گوشی ۷.۲ اینچی مبهم است.
 
تمام چیزی که می‌دانیم این است که یک فیلم از گرافن (که به‌لطف ساختارش رسانایی گرمایی بسیار خوبی دارد) در اتصال با یک محفظه بخار قرار دارد تا این گوشی هوشمند را خنک نگه‌دارند.
 
نانو الکترونیک گرافنی
Graphene nano-electronics
 
گرافن ۲ بعدی و فوق نازک، جریان الکتریسیته را بهتر از هر ماده دیگری منتقل می‌کند. این موضوع روی کاغذ به معنای سرعت بیشتر و اتلاف انرژی کمتر است. اما چالش بزرگ، مهندسی یک ترانزیستور گرافنی است که به‌طور قابل اطمینانی قطع و وصل شود.
 
محققان DTU Physics دانمارک یک تکنیک جدید نانولیتوگرافی ابداع کرده‌اند که گرافن را در ابعاد نانو بدون از دست رفتن ویژگی‌های الکتریکی آن می‌برد.
 
توانایی به کارگیری خصوصیات الکترونیکی گرافن در ابعاد نانو، نوید ظهور قطعات الکترونیک جدید با ابعاد بسیار کوچک در آینده‌ای نزدیک را می‌دهد.
 
برچسب تناسب اندام گرافنی
Graphene fitness patch
 
انعطاف و  حساسیت بسیار زیاد نسبت به تغییرات گرما و نور، گرافن را به ماده‌ای تأثیرگذار در آینده دستگاه‌های پوشیدنی مبدل می‌سازد. برچسب تناسب اندام پوستی ICFO در بارسلونا قادر به انجام تمامی کارهای یک فیت‌بیت بوده اما تنها به شکل یک برچسب است.
 
این برچسب ضربان قلب، آب بدن و نرخ تنفسی را با دقت بالاتر و مصرف انرژی کمتری نسبت به دستبندهای سلامتی تحت نظر می‌گیرد.
 
متاسفانه این برچسب فعلا تنها یک نمونه اولیه است اما ICFO معتقد است که این برچسب به‌راحتی می‌تواند به گوشی هوشمند شما متصل شده و به شما اعلانیه‌های مرتبط با سلامتی نشان دهد.
 
کارت‌های بدون نیاز به تماس گرافنی
Graphene contactless cards
 
کارت‌های یکبار مصرف پلاستیکی هم‌اکنون بسیار پرکاربردند اما در آینده جایی نخواهند داشت. در حال حاضر کارت‌های هتل و بانک از پلاستیک به همراه آنتن NFC در داخل آن تشکیل شده‌اند. در این آنتن از فلزات کمیاب استفاده می‌شود.
 
آنتن‌های NFC ساخته‌شده از گرافن قیمت کمتری داشته و توانایی بازیافت نیز خواهند داشت.
 
علاوه‌بر این از گرافن می‌توان در کلیدهای الکترونیک، بلیط‌های کنسرت، قطار و ... نیز بهره برد.
 
سیمان گرافنی
Graphene cement
 
به خانه‌ای فکر کنید که بدون سیم‌های گران‌قیمت مسی ساخته شود. یکی از هیجان‌انگیزترین رونمایی‌های قسمت گرافن کنگره جهانی ۲۰۱۹ سیمان رسانای گرافنی بود. سیمان گرافنی می‌تواند تحولی در عمران ایجاد کند.
 
گرافن به کار رفته این سیمان را رسانا می‌کند، لذا نیازی به کابل‌های برق نیست. اما این سیمان برتری دیگری هم دارد: خنک‌سازی.
 
در کشورهای گرم یک دیوار رسانای گرما می‌تواند گرمای داخل خانه را خارج کرده و بدون نیاز به دستگاه‌های گران‌قیمت خانه را خنک‌تر سازد. 
 
ایرفون‌های نانین MediaDevil Artisanphonics CB-01
MediaDevil Artisanphonics CB-01 Nanene earphones
 
ایرفونی از گرافن با قیمت پایین که کیفیت بالاتری نیز دارد! این محصول توسط شرکت ورسارین تولید شده‌است.
 
غشای دیافراگم هر ایرفون در این محصول از گرافن ساخته شده‌است، این غشا قوام و پایستگی یک غشای معمولی را در ضخامتی بسیار کمتر دارد، اما به‌دلیل انعطاف بیشتر گرافن تربل و بیس بیشتری به همراه دارد. این محصول با iOS و اندروید سازگاری کامل دارد.
 
بازی‌های رومیزی گرافنی
Graphene board games
 
آیا تا به حال به حضور نور در بازی‌های رومیزی مثل مونوپولی اندیشیده‌اید؟ جوهر الکترولومینسنت به‌لطف گرافن قادر به تولید نور است. نوالیا و دانشگاه کمبریج بازی رومیزی را تولید کرده‌اند که دارای صفحه لمسی روی صفحه بازی، تاس درخشان و کارت‌های چندزبانه است.
 
این بازی به فروش نخواهد رسید اما این نکته را گوشزد می‌کند که جوهرهای گرافنی می‌توانند روی هر سطحی اعم از مقوا، چوب، شیشه و ... چاپ شده و سطوح هوشمند تولید کنند.
 
آشکارساز گاز گرافنی
Graphene gas detectors
 
ICN (مؤسسه دانش و فناوری نانوی کاتالان) نشان داد که می‌توان از جوهرهای الکترولومینسنت گرافنی به‌عنوان آشکارساز گاز استفاده کرد.
 
نمونه اولیه ICN یک نمایشگر الکترولومینسنت بوده که توانایی اندازه گیری هر گازی را دارد، از سطح رطوبت گرفته تا گازهای سمی مانند کربن مونواکسید، کربن دی‌اکسید و نیتریک اکسید.
 
حسگر گرافنی به تناسب تغییرات هوا رسانا شده و موجب تابش نور می‌شود. هرچه تغییرات بیشتر شدت نور هم بیشتر.
 
دانشگاه تارتو در استونی نیز دستگاهی مبتنی بر سنسورهای گرافنی طراحی کرده که قادر به تشخیص سطوح بسیار کم آلاینده‌های هواست.
 
ابرخازن‌های گرافنی
Graphene supercap
 
از آنجایی که گرافن الکتریسیته را بسیار خوب هدایت می‌کند، می‌تواند در ساخت باتری‌های فوق سریع با قابلیت کنترل جریان‌هایی بسیار بالاتر از ظرفیت باتری‌های لیتیومی، مورد استفاده قرار گیرد.
 
ابرخازن‌ها دستگاه‌هایی برای ذخیره‌ الکتریسیته هستند که می‌توانند با سرعتی بسیار بالا شارژ و دشارژ شوند. غول‌های هوافضا مانند Thalse و M-SOLV پنج سال است که روی ساخت ابرخازن‌های گرافنی کار می‌کنند.
 
یک تکنیک جدید پوشش به محققان اجازه داده تا قدرت ابرخازن‌ها را به پنج برابر افزایش دهند. استفاده از ابرخازن‌های گرافنی در محصولات را احتمالا در انتهای سال ۲۰۱۹ شاهد خواهیم بود.
 
لباس‌های هوشمند گرافنی
Graphene intelligent clothes
 
آیا دوره پوشیدنی‌ها دوره‌ی حضور فیت‌بیت‌ها و اپل واچ 4 است؟ سخت در اشتباهید، اگر این دستگاه‌ها نسل اول پوشیدنی‌ها باشند نسل بعدی پوشیدنی‌های گرافنی خواهند بود.
 
از آن‌جایی که جوهرهای گرافنی قابلیت چاپ روی سطوح منعطف مانند پلاستیک، پارچه و کاغذ را دارند، تولید لباس‌های رسانا و مبتنی بر گرافن ممکن شده‌است. مرکز تحقیقات فنی VTT تیشرتی با رابط لمسی با کمک گرافن تولید کرده‌است.
 
مدار چاپ شده روی این تیشرت توانایی همگام‌شدن با گوشی ازطریق بلوتوث را دارد، این موضوع به این معنا است که می‌توانید با لمس لباستان به تماس‌هایتان پاسخ دهید.
 
این فناوری می‌تواند برای سربازان، آتش‌نشانان و ورزش‌کاران نیز مفید واقع شود.
 
برچسب گرافنی ردیابی اشعه ماورای بنفش
UV-tracking graphene patch
 
امروزه لباس‌های محافظ دربرابر اشعه ماورابنفش رایج شده‌اند. این لباس‌ها پوست شما را از آسیب اشعه ماورای بنفش حفظ می‌کنند. اما تصور کنید که این لباس‌ها قادر بودند میزان اشعه تابیده به پوست شما را گزارش کنند. این حسگر بسیار نازک و منعطف دقیقا همین کار را انجام می‌کند.
 
این حسگر شاخص ماورای بنفش را اندازه‌گیری کرده و به گوشی شما اعلانیه ارسال می‌کند. برای استفاده از این برچسب کافی است آن را مستقیما به پوست یا لباس خود متصل کنید. این برچسب در آینده کوچک‌تر و حتی کاملا شفاف خواهد شد.
 
کفی هوشمند کفش برای ورزشکاران
Smart insole for athletes
 
گرافن در پوشیدنی‌های پا نیز تحول زیادی ایجاد کرده‌است. جوراب‌ها و کفی‌های هوشمند با قابلیت سنجش فشار، محصولاتی جدید نیستند. اما این محصولات تنها دارای چند حسگر فشار درون خود هستند. این نمونه اولیه بیش از ۱۰۰ حسگر درون خود دارد و قادر به تشخیص دقیق فشار پا است. سنسورهای گرافنی به کار رفته در این محصول، با دقتی میلی‌گرمی به فشار پاسخ می‌دهد.
 
کفش‌های گرافنی خنک
Cool graphene shoes
 
گرافن هدایت گرمایی بسیار خوبی دارد، پس چرا از آن در یک محیط داغ کفش تولید نکنیم؟ مؤسسه فناوری ایتالیا از گرافن به همراه پلی‌اورتان نمونه اولیه کفش خود را ساخته‌است. این نمونه ۵۰ درصد گرمای بیشتری نسبت به کفش ساخته شده از پلی اورتان دفع می‌کند.
 
گرافن ارزش بسیار بالایی در فرایند تولید دارد. گرافن در صورت اضافه شدن بهتر از جایگزینی عمل می‌کند. حتی برترین کفش‌های گرافنی نیز تنها از ۱٪ گرافن تشکیل شده‌اند.
 
بهینه‌ترین سلول خورشیدی دنیا
graphene solar cell
 
آیا گرافن می‌تواند در تولید سلول‌های خورشیدی بهینه‌تر به یاری ما بیاید؟ نشانه‌های اولیه مثبت اند. مؤسسه فناوری ایتالیا از گرافن برای تولید سلول‌های خورشیدی بزرگ از پروسکایت (کریستال‌های غیرآلی) بهره برده‌است.
 
گرافن برای بهبود بهینگی و افزایش ثبات سلول خورشیدی استفاده شده‌است. سلول‌های خورشیدی گرافنی ۴ برابر ارزان‌تر از مدل‌های سیلیکونی اند. با درنظرگرفتن این موارد می‌توان آینده روشنی برای حضور گرافن در سلول‌های خورشیدی متصور بود.
 
رابط‌های مغزی - رایانه‌ای گرافنی
Graphene brain-computer interfaces
 
انعطاف گرافن به معنای امکان استفاده از آن در ایمپلنت‌های مغزی برای ثبت و تحریک سیگنال‌های مغز است. این ایمپلنت‌ها آسیب بافتی کمتری ایجاد کرده و نسبت سیگنال به نویز بسیار بالایی دارند (به معنای کیفیت بالاتر سیگنال الکتریکی). این ایمپلنت‌ها همچنین استفاده از کابل‌ را به حداقل می‌رسانند.
 
پروفسور خوزه گاریدو، محقق مرکز ICN2، روی مسیرهای ارتباطی بیماران با مشکلات حاد تکلم (مانند سکته‌های مغزی و مشکلات نورون حرکتی) تحقیق می‌کند. پروفسور گاریدو از این ایمپلنت‌ها برای نقشه‌برداری نواحی مرتبط با تکلم بهره می‌برد.
 
کمپرسورهای برودتی گرافنی برای 5G
Graphene cryo-cooler compressor
 
آنتن‌ها و گیرنده‌های موبایل با افزایش داده ردوبدل‌شده نیاز به خنک‌سازی بیشتری دارند. با افزایش چشمگیر اطلاعات تبادل شده در ایستگاه‌های 5G، تعبیه سیستم‌های خنک‌‍سازی مناسب و کارا به مسئله‌ای بغرنج برای شرکت‌های مخابراتی مبدل شده‌است. شرکت فناوری‌های APR، کمپرسوری مبتنی بر گرافن تولید کرده که یک دهم نمونه‌های مشابه با مواد دیگر است. این کمپسور بدون وجود قطعات متحرک قادر به تولید فشار کافی برای خنک‌سازی ایستگاه‌ها تا دمای منفی ۱۵۰ درجه سلسیوس است. شرکت‌های نوکیا و اریکسون نیز در توسعه این محصول مشارکت دارند.
 
آشکارسازهای گرافنی عفونت
Graphene infection-detectors
 
اپیدمی ابولا در غرب آفریقا طبق اولین گزارش در مارس ۲۰۱۴، جان بیش از یازده هزار نفر را در لیبی، گینه، سیرالئون، نیجریه، مالی و ایالات متحده گرفت. اما چگونه می‌توانیم از موج بعدی جلوگیری کنیم؟ آشکارسازهای نوری گرافنی گزینه مناسبی هستند.
 
تست‌های خونی، استاندارد فعلی رایج برای تشخیص عفونت اند اما این تست‌ها مشکلاتی نظیر زمان‌بر بودن، نیاز به نیروی انسانی و اماکن خاص دارند. مؤسسه فناوری KTH سوئد، پلتفرمی تشخیصی مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی و آشکارسازهای گرافنی توسعه داده که با استفاده از نور مادون سرخ، الگوهای مولکولی خاص را تشخیص می‌دهد. این پلتفرم در یک قطره خون به‌دنبال اثرات مولکولی خاص یک بیماری می‌گردد.
 
این امری است که هم‌اکنون در آزمایشگاه‌ها نیز قابل انجام است اما گرافن این فناوری را قابل حمل و بسیار ارزان‌قیمت کرده‌است. این شناساگر به یک گوشی هوشمند متصل شده و تنها از روی یک قطره خون طی ده دقیقه تشخیص می‌دهد که فردی مبتلا به بیماری است یا خیر.
 
ایرفون‌های گرافنی
Mi Pro HD
 
با اینکه گرافن در دانشگاه منچستر کشف شد، تحقیقات آن در تمام دنیا گسترش یافته و چین در میان تمامی کشورها بیشترین پتنت‌های مرتبط با گرافن را به ثبت می‌رساند. با در نظرگیری این موضوع چندان عجیب نیست که یکی از برندهای بزرگ چین در صنایع الکترونیک در میان اولین استفاده‌کنندگان گرافن در محصولاتش باشد. ایرفون‌های شیائومی Mi Pro HD از گرافن بهره می‌برند اما نقش گرافن در این محصول دقیقا مشخص نیست.
 
تنها چیزی که شیائومی در این‌باره اعلام کرده استفاده از دیافراگم‌های گرافنی برای دستیابی به جزئیات غنی و دلپذیر ساختن نوت‌های پایین است.
 
دیافراگم گرافنی در فرکانس‌های بالا هادی‌‌تر بوده و صداهایی غنی و کاملا شفاف تولید می‌کند. همچنین این دیافراگم تمامی سیگنال‌های الکتریکی را به صدا تبدیل می‌کند. شیائومی علاوه‌بر این محصول کمربند طبی هوشمند گرافنی A10 را نیز تولید کرده‌است.
 
هواپیماهای گرافنی
Graphene plane
 
در صنایع هوایی، وزن مهم‌ترین چیز است و وزن کمتر به معنای مصرف سوخت کمتر است. بیشتر خطوط هوایی مسافری سوخت کافی برای وزن مسافران، هواپیما و وزن خود سوخت حمل می‌کنند. با وجود این مسئله چندان جای تعجب نیست که ریچارد برنسون معتقد است که تا یک دهه آتی تمامی هواپیماها از گرافن بسیار سبک تولید خواهند شد.
 
گرافن بسیار سبک‌تر و مقاوم‌تر از کمپوزیت فیبر کربن است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرافن توجه غول‌هایی مانند ایرباس را به خود معطوف کرده و این شرکت را به یکی از پیش‌گامان در زمینه تحقیقات گرافن مبدل ساخته‌است.
 
قاب گوشی‌های گرافنی
NanoCase graphene case
 
شرکت نانوکیس (NanoCase) قابی تولید کرده‌است که علاوه‌بر دارا بودن باتری خارجی، با بهره‌گیری از گرافن دمای گوشی را به سرعت تعدیل می‌کند و این موضوع طبق ادعای این شرکت عمر باتری را تا ۲۰٪ افزایش می‌دهد. این قاب برای کاربران با استفاده سنگین و زیاد به‌خصوص گیمرها می‌تواند گزینه بسیار مناسبی باشد.
 
 
کتابخوان‌های فوق نازک گرافنی
Super-thin graphene Kindles
 
در نمایشگاه MWC ۲۰۱۷، سیستم پیکسلی مکانیکی رنگی و مبتنی بر گرافن رونمایی شد. از این سیستم می‌توان در نمایشگرهای کم‌مصرف و e-ink بهره برد.
 
پیشرفت چشمگیر این سیستم استفاده از گرافن به‌جای اکسید تیتانیوم کم دوام است. در این سیستم برخی از رساناهای فلزی با گرافن جایگزین شدند تا دستگاه‌ها انعطاف بیشتری پیدا کنند. با استفاده از این فناوری ضخامت کتابخوان‌ها بسیار کاهش خواهد یافت.
 
خودروهای گرافنی
Graphene cars
 
داشتن یک خودروی الکتریکی جالب است، اما تصور کنید که این خودرو به اندازه خودروهای بنزینی شتاب داشت. برای تحقق این موضوع باید وزن خودرو به حداقل برسد. نظرتان درباره جایگزنی شیشه و فلز به‌کاررفته در ماشین با پلاستیک، فیبر کربن یا گرافن چیست؟
 
شرکت بریتانیایی بریگز موتور یک نسخه محدود ۱۳۰۰۰۰ پوندی از ابرخودرو خود تولید کرده که در آن از گرافن استفاده شده‌ است. این خودرو از نمونه‌های فیبر کربن سبک‌تر و مستحکم‌تر بوده و به همین دلیل بهینگی بالاتری دارد.
 
راه دیگر افزایش شتاب خودروها با گرافن استفاده از ابرخازن‌های گرافنی برای بازیابی انرژی است. خاصیت ابررسانایی گرافن یک سیستم بازیابی انرژی جنبشی (KERS) بسیار بهینه ایجاد می‌کند. صرفه‌جویی در سوخت با استفاده از گرافن منحنی به اثبات رسیده‌است.
 
بلیط‌های پوشیدنی
Wearable tickets
 
انقلاب بعدی در الکترونیک، الکترونیک چاپی با گرافن است. هر دست‌بند یا بلیط هزینه بسیار کمی برده و با تعبیه یک برچسب RFID گرافنی در این دستبندها، امکان استفاده از آن‌ها برای شناسایی وجود خواهد داشت.
 
این فناوری می‌تواند در محیط‌های بسته مانند فرودگاه‌ها برای کنترل دقیق مسافران مورد استفاده قرار گیرد. همچنین استفاده از این فناوری در فروشگاه‌ها می‌تواند موجب کاهش چشم‌گیر سرقت اجناس شود.
 
دست‌های رباتی گرافنی
Robotic graphene hands
 
نظر شما درباره یک دست مصنوعی که با جوهر گرافن تولید شده چیست؟ مؤسسه IIT دستی مصنوعی تولید کرده که به‌جای الکترودهای تیتانیومی، از جوهر گرافن در آن استفاده شده‌ است.
 
این دست مصنوعی منعطف‌تر، راحت‌تر و ارزان‌تر از نمونه‌های تیتانیومی است.
 
گرافن برای درمان نابینایی
Graphene to cure blindness
 
گرافن، رسانا، منعطف و ایمن به هنگام تماس با بافت زنده است. این موارد، لنزهای گرافنی (به‌طور دقیق‌تر پروتز الکترونیکی شبکیه) را به گزینه‌ای مناسب برای کمک به افراد نابینا مبدل می‌کند. البته افرادی که بینایی خود را از دست داده اما عصب بینایی سالم و کارامدی دارند.
 
این فناوری توسط دکتر خوزه گاریدو در ICN2 تحت توسعه قرار دارد. در آزمایش‌ها، بیماران موفق شدند با کمک گرافن نور بیشتری را درک کرده و وضوح تصاویر ادراکی آن‌ها نیز بیشتر شد.
 
باتری شارژ شونده در چند دقیقه
battery
 
باتری‌هایی که تنها در پنج دقیقه شارژ می‌شوند آرزوی بسیاری از ماست. با وجود پیشرفت‌های بسیار فناوری باتری همچنان دستخوش تحول خاصی نشده و هرکدام از ما زمان زیادی از روز خود را به شارژ دستگاه‌هایمان اختصاص می‌دهیم. اما شارژر Zap & Go با استفاده از قدرت واقعی گرافن تنها در ۵ دقیقه به‌طور کامل شارژ می‌شود. البته نمونه اولیه این باتری تنها ۷۵۰ میلی‌آمپرساعت ظرفیت دارد.
 
همچنین آزمایشگاه واتس (زیرمجموعه مؤسسه تحقیقات هواوی) از گرافن در یک باتری لیتیوم یونی استفاده کرده و زمان شارژدهی این باتری بنا بر ادعای این آزمایشگاه دوبرابر شده‌ است.
 
خالکوبی‌های الکترونیکی و ردیاب‌های تناسب اندام گرافنی
Graphene e-tattoos
 
مچ‌بندهای هوشمند کنونی به‌زودی به جرگه دستگاه‌های از رده خارج‌شده می‌پیوندند. گرافن علاوه‌بر نازک‌تر کردن مچ‌بندها، سنسورهای نوری را نیز به این پوشیدنی‌های دوست‌داشتنی اضافه خواهد کرد.
 
با ظهور مچ‌بندهای گرافنی کاربرد این دستگاه‌ها از ورزش و تناسب اندام فراتر رفته و احتمالا شاهد استفاده از آن در بیمارستان برای نظارت علائم حیاتی بیماران خواهیم بود.
 
در آینده حتی ممکن است شاهد ظهور خالکوبی‌هایی گرافنی باشیم که قابلیت سنجش ضربان قلب، اکسیژن خون، دمای پوست، نرخ تنفسی و حتی میزان اشعه ماورای بنفش را نیز داشته باشد.
 
تنها با دانستن میزان اکسیژن خون می‌توان ابتلا به آنفلوانزا را پیش‌بینی کرد. با استفاده از این سنسورها می‌توان سلامت فرد را در همه زمان‌ها و مکان‌ها تحت نظر داشت.
 
پیکسل‌های گرافنی برای پوشیدنی‌ها
Graphene pixels
 
دیگر چه نیازی به سیلیکون داریم؟ محققان TU Delft و Graphenea اسپانیا روشی جدید برای تولید پیکسل‌های مکانیکی گرافنی با ضخامت تنها ۱۳ میکرومتر، یافته‌اند. این پیکسل‌ها از خود نوری ساطع نکرده و در زیر نور مستقیم خورشید کاملا خوانا هستند.
 
علاوه‌بر این موارد این پیکسل‌ها تمام رنگی بوده اما در حال حاضر کنترل رنگ‌ها تنها به‌صورت مکانیکی و با فشار امکان‌پذیر است. محققان به‌دنبال کنترل الکتریکی رنگ‌ها در این پیکسل‌ها هستند.
 
گرافن برای تشخیص مولکول‌های خاص
Graphene for scanning your Shiraz
 
نقاط کوانتومی گرافنی چاپ شده روی کاغذ که می‌توانند مواد را تشخیص دهند. این جمله شاید شبیه جمله‌ای از یک کتاب علمی - تخیلی به نظر برسد اما محققان ICN2 واقعا توانسته‌اند به چنین چیزی دست‌ یابند.
 
حسگر ثبت‌شده‌ی ICN2 تنها نیاز به یک گوشی هوشمند دارد تا با بررسی خواص نوری نقاط کوانتومی، مواد شیمیایی مانند حشره‌کش‌های موجود در آب را تشخیص دهد.
 
نحوه کار این حسگر به این صورت است که نور ساطع‌شده از نقاط کوانتومی گرافنی با ماده برخورد کرده و تغییری در رنگ نور ایجاد می‌شود. این حسگر می‌تواند تحولی در دنیای سلامت ایجاد کرده و تنها از یک کاغذ، یک گوشی هوشمند و گرافن بهره می‌برد.
 
اسکنرهای گرافنی برای گوشی‌های هوشمند
Graphene scanners
 
گرافن می‌تواند برای تولید سنسورهای تصویری بسیار نازک و حساس مورد استفاده قرار بگیرد. این سنسورها کاربردهای فراوانی از قبیل اطلاع از میزان رسیدگی میوه یا اطمینان یافتن از سلامت شیر نوزاد خواهند داشت. برای استفاده از این حسگر، یک گوشی هوشمند تمام چیزی است که به آن نیاز داریم.
 
این سنسورها آینده درخشانی دارند. برای اثبات این جمله کافی است بدانید که این سنسورها بسیار نازک، دقیق و ارزان اند.
 
سنسورهای گرافنی برای دوربین‌های سه‌بعدی
Graphene sensors
 
اگر اخبار مربوط‌به گرافن را دنبال کرده‌ باشید، احتمالا درباره دوربینی گرافنی که ۱۰۰۰ برابر دوربین‌های فعلی به نور حساس است، شنیده‌اید. اگر هنوز چندان به این دوربین امیدوار نبوده و آن را رویایی بیش نمی‌دانید بهتر است با پروژه‌ی اخیر دانشگاه میشیگان آشنا شوید.
 
این پروژه یک دوربین با ابعاد یک DSLR بوده که از تعدادی حسگر نیمه شفاف گرافنی برای خلق یک نقشه سه‌بعدی از محیط، بهره می‌برد. بدین صورت شما می‌توانید نقطه فوکوس خود را بعد از گرفتن تصویر انتخاب کنید.
 
شناساگرهای گرافنی بسیار دقیق بوده و برای شفاف ساختن آن‌ها نیازی به کاهش وضوح نیست. این فناوری قابلیت کوچک‌شدن داشته و می‌تواند در یک گوشی هوشمند جای گیرد.
 
بینایی شب برای خودروهای خودران
Night vision
 
قابلیت دید مادون قرمز (دید در شب) دوربین گرافنی که در مورد قبل معرفی شد، می‌تواند در خودروهای خودران و به‌عنوان بخشی تکمیلی از سیستم ترمز به کار گرفته‌شود. این دوربین در شرایط بد جوی کاربرد بسیاری خواهد داشت.
 
خودروهای خودران در حال حاضر از دوربین‌های عادی بهره می‌برند که در شرایط بد جوی مانند مه‌گرفتگی عملا ناکارا هستند.
 
در MWC ۲۰۱۷، مؤسسه ICFO کارکرد این دوربین‌ها را در یک خودروی خودران به نمایش گذاشت. این خودرو توانست در مسیر مه‌آلود به درستی موانع را تشخیص داده و با آن‌ها برخورد نکند.
 
پنجره‌های هوشمند
graphene window
 
ظاهر شفاف و مصرف انرژی فوق‌العاده پایین گرافن، آن را به گزینه‌ای برای استفاده‌های غیرمترقبه تبدیل کرده‌است. به‌دلیل خواص گرافن این فناوری می‌تواند در اجسام ثابت نیز مورد استفاده قرار گیرد. پنجره‌ها احتمالا یکی از موارد کاربرد این فناوری خواهند بود.
 
سنسورهای نوری گرافنی می‌توانند در هر چیزی تعبیه شوند. با تعبیه این سنسورها در پنجره، پنجره‌ای هوشمند با قابلیت‌هایی نظیر تشخیص شب و روز و وضعیت هوا خواهید داشت. پنجره شما می‌تواند در روز شارژ شده و در شب از خود نور ساطع کند.
 
استفاده از این پنجره‌های هوشمند در خودرو نیز می‌تواند کنترل بدون نیاز به دست را برای شما به ارمغان آورد. با وجود سنسورهای تشخیص حرکت در پنجره‌ها، راننده قادر خواهد بود تا تنها با حرکت دستانش خودروی خود را کنترل کند. به‌دلیل شفافیت سنسورهای گرافنی، هیچ مشکلی در دید راننده ایجاد نخواهد شد.
 
استفاده از گرافن پنجره‌ها را به صفحات نمایش شفافی تبدیل کرده که محتوای دلخواه شما می‌تواند روی آن به نمایش درآید.
 
پهپادهای گرافنی
graphene drones
 
پهپادهای کنونی عمر باتری کمی داشته و در صورت فرود بد، پروانه‌هایشان می‌شکند. با استفاده از گرافن در پروانه‌های پهپادها، این پروانه‌ها بسیار مستحکم‌تر و سبک‌تر خواهند شد.
 
چاپ گرافن بسیار ساده است اما وقتی بخواهیم این ماده را با سایر مواد و پلیمرها ترکیب کنیم امری پیچیده‌ می‌شود.
 
دانشگاه لانکاشیر مرکزی در حال ساخت پهپادی با استفاده از گرافن در تمام اجزای آن (حتی باتری و سنسورهای نوری) است.
 
کلاه موتورسیکلت گرافنی
Graphene motorcycle helmet
 
مؤسسه فناوری ایتالیا (IIT) اولین کلاه تشکیل‌شده از فیبر کربن و گرافن را طراحی کرده که بسیار نازک،‌ مستحکم، منعطف و سبک بوده و ضربات وارد را بهتر از کلاه‌های ایمنی عادی جذب می‌کند. علاوه‌بر آن، این کلاه گرما را بهتر هدایت کرده و سر را خنک‌تر از نمونه‌های عادی نگه می‌دارد.
 
گیرنده‌های وای‌فای منعطف
graphene Wi-Fi receivers
 
سخت‌افزار در دنیای آینده جایی نخواهند داشت و قطعات منعطف جایگزین آن خواهد شد. گرافن هر چیزی را منعطف و سبک می‌کند.
 
AMO و دانشگاه RWTH با همکاری یکدیگر، اولین گیرنده وای‌فای مبتنی بر گرافن را تولید کرده‌اند. این گیرنده از ۲۴ گیرنده وای‌فای روی قطعاتی از پلاستیک و شیشه تشکیل شده‌ است. سازندگان ادعا کرده‌اند که محصولشان می‌تواند روی پارچه، کاغذ، شیشه و پلاستیک کار کند و علاوه‌بر وای‌فای می‌تواند برای بلوتوث، 4G و حتی 5G نیز مورد استفاده قرار گیرد.
 
نمونه‌های اولیه این گیرنده در فرکانس‌های ۲.۴۵ و ۵.۸ گیگاهرتز کار می‌کند و سازندگان مدارهای لازم برای پشتیبانی از فرکانس ۹۰ گیگاهرتز (استاندارد 5G) را نیز تعبیه کرده‌اند.
 
ایمن‌سازی آب آشامیدنی
graphene water purification
 
تصفیه آب، خاک و هوا با گرافن امکان‌پذیر است. گرافیزوربر (Grafysorber) یکی از این محصولات تصفیه گرافنی است که قدرت جذب بسیار بالایی داشته و برای جداسازی نفت و روغن ایده‌آل است. یک گرم از گرافیزوربر می‌تواند تا ۹۰ گرم روغن را جذب کند.
 
امروزه از روش‌های شیمیایی و زیستی برای تولید آب ضدعفونی‌شده استفاده می‌شود اما گرافیزوربر عاری از هرگونه ماده شیمیایی است.
 
دست‌کش‌های گرافنی
Graphene gloves
 
واقعیت مجازی به اندازه کافی واقعی نیست. این فناوری برای واقعی‌تر شدن نیاز به تعامل از سوی کاربر دارند. چه چیزی بهتر از یک جفت دستکش فوق حساس که کوچک‌ترین تغییرات حرکتی و دمایی را تشخیص می‌دهند؟
 
گرافن چاپ‌شده در لایه‌های بسیار نازک این دستکش، به کشش بسیار حساس‌اند. همچنین در این دستکش سنسورهای دمایی گرافن اکسید به کار گرفته‌ شده‌ است.
 
اسپیکرهای گرافنی
Graphene speakers
 
بلندگوهای عادی بسیار فیزیکی عمل می‌کنند. آن‌ها از درایورهایی استفاده می‌کنند که به سرعت عقب و جلو شده و امواج صوتی را تولید می‌کنند. در سال ۲۰۱۳، دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، یک ایرفون با درایور گرافنی تولید کرد، اما به‌تازگی از این ماده برای تولید یک نوع کاملا متفاوتی از بلندگو استفاده شده‌ است.
 
این بلندگوی جدید ترموآکوستیک (گرمایی - صوتی) با گرافن تولید شده‌ است. این بلندگو می‌تواند در گوشی‌های هوشمند تعبیه شده و به فضای معمول مورد نیاز بلندگوهای فعلی نیازی ندارند.
 
نحوه عملکرد این بلندگو کمی عجیب به نظر می‌رسد. سوسپانسیونی از پرک‌های گرافنی منجمد شده‌اند تا یک ایروژل (هواژل) تولید شود. این ژل به سرعت گرم و سرد شده تا حرکات مورد نیاز برای تولید امواج صوتی در هوا را ایجاد کند.
 
البته هنوز میزان مصرف انرژی و گرمای تولیدی این بلندگو مشخص نیست.
 
دوچرخه‌های گرافنی
Graphene bikes
 
در سال ۲۰۱۶، Dassi، نخستین بدنه گرافنی دوچرخه رونمایی کرد. گرافن مورد استفاده در این دوچرخه آن را مستحکم‌تر و سبک‌تر ساخته‌ است. 
 
البته بدنه Dassi بیشتر از فیبر کربن بوده و گرافن تنها حدود یک درصد آن را تشکیل داده‌ است. 
 
 وزن این کمپوزیت گرافن و فیبر کربن حدود دو سوم فیبر کربن خالص است.
 
نخستین بار در سال ۲۰۱۳ دانشگاه رایس گرافن را با فیبر کربن آمیخت. شرکتی به نام زیوکس (Zyvex) کمپوزیت گرافن فیبر کربنی خود را با نام آرووکس (Arovex) تولید می‌کند.
 
محصولات نهایی که از این کمپوزیت‌ها بهره می‌برند، سبک‌تر، مستحکم‌تر، منعطف‌تر و با رسانایی گرمایی بهتر خواهند بود.
 
https://www.zoomit.ir/2019/3/22/323975/40-ways-graphene-changes-your-life-part-1/
https://www.zoomit.ir/2019/3/24/323988/40-ways-graphene-changes-your-life-part-2/
 
پنج شنبه ١٠ بهمن ١٣٩٨ - ١٣:٣٩
فایل ضمیمه


خروج