Image
1.6.2018 0 Comments

Video: Reálne aj futuristické scenáre využitia grafénu prezentované na MWC

Súčasný stav v komerčnom využití grafénu dokumentovala sekcia Graphene pavilion na tohtoročnom veľtrhu Mobile World Congress v Barcelone. Nové materiály a technológie umožnia udržať tempo inovácie v elektronike. Výskumníci kladú dôraz na inteligentné batérie, flexibilné senzory, či zariadenia na báze fotoniky využívajúce možnosti grafénu

Prezentované riešenia od 25 vystavovateľov z celého sveta využívali predovšetkým elektrickú vodivosť grafénu a jeho schopnosť byť nanesený ako tenučká, no pevná, pružná a priľnavá vrstva na rôznych materiáloch vrátane textilných.

Grafén ako jednu z ďalších foriem uhlíka poznáme od roku 2004. Uhlík sa vyskytuje ešte vo forme mäkkého  grafitu, pevných karbónových vlákien a diamantu, ktorý je najtvrdším známym prírodným materiálom. Jedna z definícií špecifikuje grafén ako jednoatómárnu planárnu (2D) vrstvu, ktorú vytvárajú atómy uhlíka v hybridnom stave sp2, usporiadané do pravidelných šesťuholníkov.

V porovnaní s ľudským vlasom je grafén milión krát tenší a napriek vynikajúcim mechanickým vlastnostiam je priehľadný. Aby sme boli presní, jeho priehľadnosť je 97,3 %.

Grafén je v súčasnosti najpevnejší známy materiál, 200 x pevnejší než oceľ. Bez poškodenia vydrží aj extrémne ohyby a časté ohýbanie. Grafén je veľmi zaujímavý aj svojimi elektrickými vlastnosťami. Môže sa správať ako vodič aj ako polovodič. Preto sa možno v budúcnosti bude využívať v tranzistoroch integrovaných v mikročipoch. Taktiež je vynikajúci vodič tepla. Tepelná vodivosť grafénu je 10 x väčšia ako tepelná vodivosť medi.

Najväčšou slabinou súčasných smartfónov sú ich batérie. Ich kapacita stačí na deň intenzívneho používania a nabíjanie na plnú kapacitu trvá okolo 90 minút. Slabinou elektromobilov je predovšetkým rýchlosť nabíjania. Aj tu by mohol grafén významne zamiešať karty. 

Výskumníci z francúzskeho Thales Research and Technology prezentovali prototypy batérií na báze grafénu, ktorých elektródy majú obrovský povrch zrovnateľný s plochou futbalového štadiónu, takže batéria má vysokú hustotu energie a batériu je možné nabíjať veľmi vysokým prúdom a nabiť ju tak za niekoľko desiatok  sekúnd.

Grafénové batérie, ktoré sa rýchlo nabíjajú vystavovali aj výskumníci z Istituto Italiano di Tecnologia  a Cambridge Graphene Center. V „energetickej“ sekcii  boli aj funkčné prototypy solárnych článkov s dosial nevídanou účinnosťou premeny slnečnej elektriny na elektrickú.

Prototypy vysokokapacitných rýchlonabíjateľných batérií na báze grafénu

Polovodičové vlastnosti grafénu umožňujú lacno vyrábať ploché tlačené tranzistory výhradne z 2D nanomateriálov. Táto vytlačená elektronika by sa dala použiť napríklad na rôzne štítky, či cenovky, ktoré by sa dali pomocou bezdrôtového rozhrania automaticky aktualizovať, alebo etikety na víno a pivo informujúce o vhodnej, či nevhodnej teplote skladovania.

Etikety by taktiež spotrebiteľa informovali o zostávajúcej trvanlivosti potravín, prípadne by ho informovali, že doba odporúčanej spotreby už uplynula. Nie je ďaleko vízia z knihy a filmu Harry Potter o pohyblivých obrázkoch v novinách, či na obálkach kníh.

Tlačená elektronika nie je žiadnou novinkou, na báze polymérov sa využíva už 30 rokov. Grafén je na rozdiel od polymérov extrémne tenký a pevný takže tlačená elektronika môže získať nové vlastnosti a to oveľa lacnejšie.

Integrované obvody využívajúce grafén

Fotodetektory a modulátory na báze grafénu prijímajú a prenášajú optické dáta rýchlejšie než súčasné zariadenia na báze klasických materiálov. To umožňuje využívať ultrarýchle dátové toky s extrémnou šírkou pásma, ktoré sú nevyhnutné pre budúcnosť založenú na nutnosti rýchleho prenosu obrovských objemov údajov.

V Graphene pavilóne boli demonštrované možnosti optického dátového  prenosu rýchlosťou 25 Gb/s. Ak to prejavil fundovaný záujem o prenosové technológie, tomu prezentujúci vedci a technici prezradili, že v hale 2 určenej pre pozvaných firemných zákazníkov spoločnosť Ericsson a CNIT prezentujú prototypy prepínačov pre rýchlosti 100 Gb/s.

Tak ako laickí požívatelia obdivujú možnosti mobilných fotoaparátov, technicky orientovaní návštevníci pavilónu grafénu žasli nad možnosťami širokopásmového grafénového svetelného fotoaparátu, ktorý vidí detaily neviditeľné pre ľudské oko.

Pomocou citlivých grafénových fotodetektorov dokáže fotoaparát detegovať ultrafialové, viditeľné, aj infračervené svetlo, ktoré dohromady umožňujú vytvoriť širokospektrálny obraz. Ten sa dá využiť napríklad pri rýchlom a presnom automatizovanom vyhodnocovaní vzoriek tkanív odobratých pacientom pri biopsii, alebo na skríning kvality pre systémy bezpečnosti potravín. Komplexný širokospektrálny obraz pokrývajúci aj neviditeľné pásma sa uplatnia aj v ďalšej generácii kamier a senzorov pre autonómne autá.

Grafén je pre svoju pružnosť a elektrickú vodivosť  považovaný za materiál budúcnosti aj pre inteligentné oblečenie. Z grafénu môžu byť napríklad dotykové ovládacie prvky nanesené priamo na textílii, alebo vyhrievacie vložky do zimného oblečenia a topánok. V topánkach môžu byť aj senzory na sledovanie ortopedických a kinetických aspektov pohybu vrcholových aj rekreačných športovcov.

Len málo návštevníkov na prvé pozretie pochopilo účel prezentovaného riešenia, ktorého základ je flexibilné neurónové rozhranie na báze grafénu, ktoré zaznamenáva signály z rečových centier na povrchu mozgu. Grafénové implantáty totiž vykazujú nízku invazívnosť a sú vhodnejšie na integráciu do tkanív než súčasné implantáty, predovšetkým kvôli vysokej pružnosti a vnútorným elektronickým vlastnostiam grafénu.

Príklad biometrického implantátu 

Presuňme sa však od implantátov k inteligentným odevom (wearables). Najväčší záujem z tohoto segmentu bol o  smart topánky, respektíve o smart vložky do topánok vystavované vo viacerých stánkoch. Prototyp vložiek do športovej obuvi z britského Cambridge Graphene Center je dokonca multifunkčný.

Grafén má v tomto prípade tri funkcie: sníma niekoľko dynamických mechanických parametrov a teplotu, umožňuje chladiť, alebo naopak ohrievať vnútro topánky a grafén má aj podiel na vyššej odolnosti topánok a lepšej vodivosti tepla. Vystavované boli filtre na báze grafénu, ktoré dokážu produkovať bezpečnú pitnú vodu, či senzory na detekciu UV žiarenia.

Multifunkčné vložky do topánok

Prototypy grafénových vyhrievacích vložiek použiteľných napríklad do zimného oblečenia a obuvi

Problém je, že zatiaľ grafén nevieme vyrobiť vo väčšom množstve. A aj po zdokonalení výrobných postupov bude problém nájsť priemyselné uplatnenie pre materiál milión krát tenší, než ľudský vlas. Výskumy sa v súčasnosti uberajú k možnostiam náhrady uhlíkových vlákien v kompozitných materiáloch grafénom.

Potom by kompozitné materiály zostali ľahké, no boli by niekoľkonásobne pevnejšie. Určite vám napadne využitie napríklad v ľahkých a tenkých nepriestrelných vestách.

Zobrazit Galériu

Nechajte si posielať prehľad najdôležitejších správ emailom

Mohlo by Vás zaujímať

Technológie

Sprievodca výberom grafickej karty GeForce na hranie

13.12.2019 06:45

Špeciálny projekt Grafické karty testujeme so železnou pravidelnosťou. Ani tento rok nám žiadna neunikla. Čiastkové testy jednotlivých modelov sú však jedna vec a ucelený prehľad druhá vec. Obzvlášť ...

Technológie

V pretekoch dronov bojovali proti sebe programátori a piloti

12.12.2019 00:10

Nedávno sa v starej tlačiarni novín v Austine uskutočnila nezvyčajná súťaž dronov. Gabriel Kocher, známy z profesionálnej ligy Drone Racing League, sedel za sieťou, na očiach mal videookuliare a riadi ...

Technológie 1

Virtuálna a rozšírená realita zásadne zmenia spôsob, akým pracujeme. Pripravte sa na to

09.12.2019 00:15

Podľa nedávneho výskumu spoločnosti PwC širšie zavádzanie technológií rozšírenej reality (augmented reality – AR) a virtuálnej reality (VR) prinesie do roku 2030 svetovej ekonomike 1,5 bilióna libier. ...

Žiadne komentáre

Vyhľadávanie

ACER_122019

Najnovšie videá