۴۰ تحول گرافن در زندگی ما (بخش دوم)

در قسمت قبل با گرافن، ویژگی‌های خارق‌العاده و ۲۰ کاربرد این ماده آشنا شدیم. در این قسمت با ۲۰ کاربرد دیگر این ماده آشنا خواهیم شد.

کتابخوان‌های فوق نازک گرافنی

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

در اینجا قسمت دوم و پایانی این مقاله به پایان رسید و با ۲۰ کاربرد دیگر گرافن آشنا شدیم. نظر شما درباره این کاربردها چیست؟ آیا گرافن به راستی می‌تواند انقلابی در دنیای ما به پا کند؟ کدام یک از موارد بالا نظر شما را بیشتر جلب کرد؟ چه کاربردهای دیگری از گرافن به ذهنتان می‌رسد؟ نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید.