სამრეწველო მასშტაბის ერთფენოვანი გრაფენი ულტრაბგერითი ექსფოლიაციის გამოყენებით
გრაფენი თანამედროვე მეცნიერების ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო მასალად იქცა – და ამის კარგი მიზეზი არსებობს. ის მხოლოდ „კიდევ ერთი ნახშირბადის მასალა“ არ არის. გრაფენი არის ნახშირბადის ერთი ატომური ფენა, რომელიც განლაგებულია სრულყოფილად მოწესრიგებულ თაფლის სანთლისებრ მესერში, და ეს, na first glance, მარტივი სტრუქტურა ქმნის თვისებების გასაოცარ კომბინაციას, რომელსაც ცოტა მასალა თუ შეედრება.
მუდმივი გამოწვევაა: როგორ ვაწარმოოთ მაღალი ხარისხის ერთფენოვანი გრაფენი ეფექტურად, მუდმივად და სამრეწველო რაოდენობით?
აქ სწორედ მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია – განსაკუთრებით Hielscher-ის პრობის ტიპის სონიკატორებით – გთავაზობთ პრაქტიკულ და მასშტაბურ პასუხს.
პრობლემა: ერთფენოვანი გრაფენის წარმოება მასშტაბურად
გრაფენი ბუნებრივად არსებობს გრაფიტში, სადაც მილიონობით გრაფენის ფენა მჭიდროდ არის დაწყობილი ერთმანეთზე. ეს ფენები ერთმანეთს უკავშირდება ძლიერი ფენათაშორისი ძალებით (ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედებები), რაც მათ სუფთად გამიჯვნას რთულს ხდის.
მიზანი ცხადია:
- ერთფენოვანი გრაფენის მაღალი გამოსავლიანობა
- გრაფენის მესერის მინიმალური დაზიანება
- ცალკეული ფურცლების ერთგვაროვანი ზომა და მორფოლოგია
- სამრეწველო მოცულობებზე მასშტაბირებადი
- ეკონომიკურად ეფექტური და ეკოლოგიურად მდგრადი
ტრადიციული მეთოდები ვერ აკმაყოფილებენ ყველა ამ მოთხოვნას ერთდროულად.
ულტრაბგერითი გრაფენის ექსფოლიაცია
რატომ არ არის საკმარისი ტრადიციული ექსფოლიაციის მეთოდები
ტრადიციული ექსფოლიაციის მეთოდები მოიცავს მექანიკურ, ქიმიურ და თხევადფაზიან ექსფოლიაციას. ყველა ამ მეთოდს აქვს შეზღუდვები, რომლებიც გრაფენის წარმოებას არაეფექტურს და/ან საშიშს ხდის.
მექანიკური ექსფოლიაცია
ყველაზე ცნობილი მექანიკური ტექნიკაა ცნობილი „სკოჩის ლენტის“ მეთოდი. ის შეუძლია სუფთა გრაფენის მიღება, მაგრამ:
- გამოსავლიანობა უკიდურესად დაბალია
- ფურცლები არარეგულარულია
- წარმოებისთვის სრულიად არაპრაქტიკულია
ქიმიური ექსფოლიაცია
ეს მეთოდი იყენებს ძლიერ მჟავებს და მჟანგავებს ფენათა ბმების დასარღვევად, მაგრამ:
- შეჰყავს მინარევები და დეფექტები
- ქმნის ქიმიურ ნარჩენებს
- ზრდის ღირებულებას გამხსნელების, ქიმიკატებისა და უტილიზაციის გამო
- ცვლის გრაფენის ქიმიას (ხშირად მუდმივად)
ტრადიციული თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია
ეს მიდგომა უფრო მასშტაბურია, მაგრამ ხშირად მოითხოვს:
- სპეციალურ გამხსნელებს, როგორიცაა N-მეთილ-2-პიროლიდონი (NMP) ან დიმეთილფორმამიდი (DMF)
- ხანგრძლივი დამუშავების დრო
- შეზღუდული გამოსავლიანობა და პროცესის ეფექტურობა მაღალი ენერგეტიკული შეყვანის გარეშე
გრაფენის ნანოფურცლების მაღალი გარჩევადობის TEM გამოსახულებები
ულტრაბგერითი ჰამერის მეთოდით.
(კვლევა და გრაფიკა: Ghanem and Rehim, 2018)
ულტრაბგერითი გრაფენის წარმოება: სამრეწველო გზა წინ
ულტრაბგერითი გრაფენის სინთეზი ხდება უაღრესად ეფექტური მაღალი სიმძლავრის პრობის სონიკაციის გამოყენებისას, რომელიც ენერგიას პირდაპირ აწვდის სუსპენზიას – ბევრად უფრო ეფექტურად, ვიდრე აბაზანის სონიკაცია.
პრაქტიკაში, ულტრაბგერა გრაფენის წარმოებას უწყობს ხელს ორი ძირითადი გზით:
მეთოდი 1: ულტრაბგერითი დახმარებით ჰამერის მეთოდი (გრაფენის ოქსიდი)
ჰამერის მეთოდი არის ქიმიური გზა, რომელშიც გრაფიტი იჟანგება ძლიერი მჟავებისა და მჟანგავი აგენტების ნარევით – ჩვეულებრივ, გოგირდმჟავა, აზოტმჟავა და კალიუმის პერმანგანატი. ამ რეაქციის დროს, ჟანგბადშემცველი ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა ჰიდროქსილის, ეპოქსიდისა და კარბოქსილის ჯგუფები, შეჰყავთ ნახშირბადის მესერში. შედეგად მიიღება გრაფენის ოქსიდი (GO), გრაფენის ქიმიურად მოდიფიცირებული წარმოებული.
როდესაც ამ პროცესის დროს გამოიყენება ულტრაბგერა, ის მნიშვნელოვნად ზრდის რეაქციის ეფექტურობას. ულტრაბგერითი შერევა აუმჯობესებს მასის გადატანას რეაგენტებსა და გრაფიტის ნაწილაკებს შორის, რაც უფრო ერთგვაროვან ჟანგვას უზრუნველყოფს. ამავდროულად, კავიტაციით გამოწვეული ძვრის ძალები ხელს უწყობს ჟანგული გრაფიტის ფენების ცალკეულ ფურცლებად გამიჯვნას, აჩქარებს ექსფოლიაციას და აუმჯობესებს დისპერსიის ხარისხს.
რას აკეთებს ულტრაბგერა აქ:
- აუმჯობესებს მასის გადატანას
- აჩქარებს დისპერსიას
- ეხმარება ჟანგული ფენების ცალკეულ ფურცლებად გამიჯვნას
ამ მეთოდის პროდუქტია გრაფენის ოქსიდი ერთ ან რამდენიმე ფენიანი ფურცლების სახით, რომლებიც მათი ჰიდროფილური ზედაპირული ქიმიის გამო მარტივად იხსნება წყალში. შემოტანილი ფუნქციური ჯგუფების გამო, გრაფენის ოქსიდი მაღალრეაქტიულია და შესაფერისია შემდგომი ქიმიური ფუნქციონალიზაციისთვის, კომპოზიტში ჩართვისთვის ან მოდიფიცირებული გრაფენის სტრუქტურებამდე აღდგენისთვის.
რა მიიღება ულტრაბგერითი დახმარებით ჰუმერის მეთოდით:
- გრაფენის ოქსიდის ფურცლები
- ჰიდროფილური დისპერსიები წყალში
- ქიმიურად მოდიფიცირებული გრაფენის ფორმა, რომელიც შესაფერისია ფუნქციონალიზაციისთვის
ეს მიდგომა განსაკუთრებით შესაფერისია, როდესაც მიზანი არ არის პრისტინული გრაფენი, არამედ ზედაპირულად აქტიური, ქიმიურად რეგულირებადი მასალა, რომელიც განკუთვნილია შემდგომი მოდიფიკაციისთვის ან კონკრეტული საზღვრული გამოყენებებისთვის.
გრაფენის სინთეზის გრაფიკული წარმოდგენა, რომელიც მომზადებულია ჰამერის მეთოდით და დისპერსიის ტექნიკით ნატრიუმის დოდეცილბენზოლსულფონატის (SDS) გამოყენებით: (A) გრაფიტის სტრუქტურა; (B) დისპერსირებული გრაფენის ნანოფირფიტები სონიკატორის UP100H გამოყენებით; (C) აღდგენილი გრაფენის ოქსიდი; და (D) გრაფენის ოქსიდი.
(კვლევა და გრაფიკა: Ghanem and Rehim, 2018)
მეთოდი 2: ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია (პრისტინული გრაფენი)
ულტრაბგერით თხევადფაზიან ექსფოლიაციას დიდი რაოდენობით გრაფიტი იხსნება შესაბამის გამხსნელში – ჩვეულებრივ N-მეთილ-2-პიროლიდონში (NMP) ან დიმეთილფორმამიდში (DMF) – და ექვემდებარება მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერას. ოქსიდაციური მეთოდებისგან განსხვავებით, ეს პროცესი ფუნდამენტურად ფიზიკურია და არა ქიმიური.
გამოყენებული ულტრაბგერითი ენერგია სითხეში ქმნის ინტენსიურ კავიტაციის ძალებს. ეს ძალები სძლევს ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედებებს, რომლებიც გრაფენის ფენებს ერთმანეთთან აკავშირებს, და ფიზიკურად შლის გრაფიტს ცალკეულ გრაფენის ფურცლებად. ექსფოლიაციის პროგრესთან ერთად, გამხსნელის გარემოში წარმოიქმნება გრაფენის ნანოფურცლების სტაბილური დისპერსიები.
რა აკეთებს ულტრაბგერა აქ:
- ფიზიკურად შრება გრაფიტს
- ცალკეულ გრაფენის ფენებს ყოფს
- ქმნის სტაბილურ გრაფენის დისპერსიებს
ეს მეთოდი უპირატესობას იძენს, როდესაც მთავარი მიზანია საწყისი sp² ნახშირბადის მესრის მთლიანობის შენარჩუნება. რადგან აგრესიული ოქსიდატორები არ მონაწილეობენ, გრაფენის კრისტალური სტრუქტურა და შინაგანი ელექტრული და მექანიკური თვისებები ბევრად მეტად შეიძლება შენარჩუნდეს. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია შესაფერისია მასშტაბური წარმოებისთვის, რაც საშუალებას იძლევა სანდო გადასვლა ლაბორატორიული კვლევებიდან სამრეწველო წარმოებაზე პროდუქტის მუდმივობის შენარჩუნებით.
ეს მიდგომა უპირატესი ვარიანტია, როდესაც თქვენი მიზანია:
- საწყისი sp² მესრის შენარჩუნება
- მაღალი ხარისხის გრაფენის ნანოფურცლების წარმოება
- წარმოების მასშტაბის სანდოდ გაზრდა
მოკლედ, ვინაიდან ჰუმერის მეთოდი ქიმიურ მოდიფიკაციას ანიჭებს უპირატესობას, ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია კონცენტრირებულია სტრუქტურის შენარჩუნებაზე და მაღალი ხარისხის გრაფენის ნანოფურცლების წარმოებაზე.
სწრაფი მიმდევრობა (a-დან f-მდე) კადრებისა, რომლებიც აჩვენებს გრაფიტის ქერცლის სონომექანიკურ ექსფოლიაციას წყალში UP200S-ის გამოყენებით, 200W ულტრაბგერითი პროცესორი 3 მმ სონოტროდით. ისრები აჩვენებს გაყოფის (ექსფოლიაციის) ადგილს, სადაც კავიტაციის ბუშტები ნაპრალში შედიან.
(კვლევა და სურათები: © Tyurnina et al. 2020
სწორი გზის არჩევა: შენარჩუნება თუ მოდიფიკაცია?
მარტივი კითხვა განსაზღვრავს საუკეთესო მეთოდს:
გსურთ პრისტინული გრაფენი – თუ ფუნქციონალიზებული გრაფენის ოქსიდი?
თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია კონცენტრირებულია მესრის შენარჩუნებაზე და ფენებს შორის ძალების რბილად აღმოფხვრაზე.
ჰუმერის მეთოდი მიზანმიმართულად ცვლის ქიმიას, შემოაქვს ჟანგბადის ჯგუფები და დეფექტები, ხოლო ულტრაბგერა ძირითადად აუმჯობესებს დისპერსიას და არა სტრუქტურის დაცვას.
ეს განსხვავება მნიშვნელოვნად მოქმედებს საბოლოო გრაფენის ეფექტურობასა და გამოყენების პოტენციალზე.
სამრეწველო სონიკატორი UIP16000hdT ექსფოლიაციისა და ნანოდისპერსიისთვის მაღალი გამტარუნარიანობით
რატომ არის ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია საუკეთესო სამრეწველო გრაფენისთვის
კონვენციური ექსფოლიაციის მიდგომებთან შედარებით, ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია გთავაზობთ ეფექტურობის, პროდუქტის ხარისხისა და ინდუსტრიული მასშტაბირების იშვიათ კომბინაციას.
მისი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი უპირატესობაა ექსფოლიაციის მაღალი გამოსავლიანობა. ოპტიმიზებული დამუშავების პირობებში, ულტრაბგერითი კავიტაცია შეუძლია გრაფენის ფურცლები გრაფიტისგან შესამჩნევად მაღალი ეფექტურობით გამოყოს, ხშირად ძირითადად ერთფენიანი მასალის მიღებით. ეს წარმოადგენს მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას მექანიკურ ექსფოლიაციასთან შედარებით, რომელიც წარმოქმნს მხოლოდ მინიმალურ რაოდენობის გამოსაყენებელ გრაფენს.
ერთგვაროვნება კიდევ ერთი გადამწყვეტი ფაქტორია. რადგან კავიტაციის პროცესი შეიძლება ფრთხილად კონტროლდებოდეს, მიღებული გრაფენის ფურცლები, როგორც წესი, აჩვენებს მუდმივ სისქესა და მორფოლოგიას. ეს გამეორებადობა აუცილებელია ინდუსტრიული გამოყენებისთვის, სადაც მასალის მუდმივობა პირდაპირ აისახებს პროდუქტის წარმადობაზე.
მასშტაბირებადობა კიდევ უფრო გამოარჩევს ულტრაბგერით დამუშავებას. ის, რაც მუშაობს ლაბორატორიულ ჭიქაში, შეიძლება გადავიტანოთ საცდელ მასშტაბში და საბოლოოდ ინდუსტრიულ ინლაინ წარმოებაში. უწყვეტი ულტრაბგერითი ნაკადის რეაქტორები საშუალებას იძლევა დამუშავდეს გრაფიტის დისპერსიის დიდი მოცულობები კონტროლირებად და გამეორებად პირობებში, რაც ტექნოლოგიას კომერციულად ცხოვრებისუნარიანს ხდის.
პროცესის კონტროლი მოქნილობის დამატებით შესაძლებლობას იძლევა. ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა ამპლიტუდა, მიწოდებული ულტრაბგერითი სიმძლავრე, წნევა, ტემპერატურა და დაყოვნების დრო, შეიძლება ზუსტად დარეგულირდეს. ეს მწარმოებლებს საშუალებას აძლევს, გრაფენის მახასიათებლები კონკრეტული გამოყენების მოთხოვნებს მოარგონ და ამავე დროს შეინარჩუნონ შედეგების განმეორებადობა.
ბოლოს, ულტრაბგერითი თხევადფაზიანი ექსფოლიაცია შეიძლება განხორციელდეს უფრო მდგრადი გამხსნელთა სისტემების გამოყენებით. ფორმულირებასა და სამიზნე გამოყენებასთან მიმართებით, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ეთანოლზე დაფუძნებული სისტემები, იონური სითხეები ან თუნდაც წყალხსნარები, რაც გთავაზობთ ეკოლოგიურ და რეგულაციურ უპირატესობებს ძლიერად ოქსიდაციურ ქიმიურ გზებთან შედარებით.
რატომ არის Hielscher-ის ზონდური სონიკატორები იდეალური გრაფენის ექსფოლიაციისთვის
Hielscher Ultrasonics გთავაზობთ სრულ ტექნოლოგიურ პლატფორმას, რომელიც სპეციფიკურად არის შესაფერისი გრაფენის დამუშავებისთვის.
ძირითადი უპირატესობები მოიცავს:
- ზონდური ტიპის ულტრაბგერა (ბევრად ეფექტურია ულტრაბგერით აბაზანაში დამუშავებასთან შედარებით)
- მასშტაბირებადობა ხელის და მაგიდის სისტემებიდან სამრეწველო 24/7 რეაქტორებამდე
- ზუსტი კონტროლი ამპლიტუდაზე, სიმძლავრესა და წნევაზე
- მდგრადი, ინდუსტრიული კლასის კონსტრუქცია უწყვეტი ექსპლუატაციისთვის
პარტიული და ინლაინ დამუშავება: ლაბორატორიიდან ქარხანამდე
Hielscher-ის სისტემები უზრუნველყოფენ როგორც პარტიულ, ისე ინლაინ დამუშავებას, რაც კვლევიდან წარმოებაზე შეუფერხებლად გადასვლის საშუალებას იძლევა.
პარტიული ულტრაბგერითი დამუშავება მარტივად განსახორციელებელია და განსაკუთრებით შესაფერისია ლაბორატორიული კვლევისთვის, ფორმულირების შემუშავებისთვის და გრაფენის მცირე მასშტაბით წარმოებისთვის. ის უზრუნველყოფს მოქნილობას და პარამეტრების სწრაფ ოპტიმიზაციას, რაც მას იდეალურს ხდის პროცესის შემუშავების საწყის ეტაპზე.
თუმცა სამრეწველო მასშტაბით წარმოებისთვის, ჩვეულებრივ, უპირატესობა ენიჭება ინლაინ დამუშავებას. ამ კონფიგურაციაში გრაფიტის დისპერსია უწყვეტად გადაიტუმბება ულტრაბგერით გამდინარე რეაქტორში. ეს უზრუნველყოფს კავიტაციური ძალების ერთგვაროვან ზემოქმედებას, რის შედეგადაც მიიღწევა ექსფოლიაციის სტაბილური ხარისხი და მაღალი წარმადობა. წნევაზე გათვლილ რეაქტორებთან კომბინირებისას კავიტაციის ინტენსივობა შეიძლება კიდევ უფრო გაიზარდოს, რაც ზრდის ექსფოლიაციის ეფექტურობასა და პროდუქტიულობას.
Hielscher-ის სისტემების მოდულური დიზაინი საშუალებას აძლევს კომპანიებს დაიწყონ სამუშაო მაგიდის მასშტაბის ექსპერიმენტებით და გააფართოვონ ისინი სრულად უწყვეტ, 24/7 ინდუსტრიულ წარმოებამდე ფუნდამენტური ტექნოლოგიური პლატფორმის შეცვლის გარეშე.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი დამამუშავებლების მიახლოებით დამუშავების მასშტაბზე:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000hdT |
გრაფენის გარდა: ულტრაბგერა 2D მასალებისთვის (“ქსენები”)
ულტრაბგერითი ექსფოლიაცია არ შემოიფარგლება მხოლოდ გრაფენით.
ის ფართოდ გამოიყენება ასევე ქსენების წარმოებისთვის, რომლებიც არის გრაფენის ერთფენოვანი 2D ანალოგები, მათ შორის:
- ბოროფენი (და ბოროფენის ნანოზოლები / ბოროფენის ოქსიდი)
- MXenes (2D გარდამავალი ლითონების კარბიდები, ნიტრიდები, კარბონიტრიდები)
- ბისმუტენი (განსაკუთრებით ცნობილი ელექტროკატალიზისა და ბიოთავსებადობის გამო)
- სილიცენი (გრაფენის მსგავსი 2D სილიციუმი)
იგივე კავიტაციის მექანიზმი ულტრაბგერით დამუშავებას მრავალი ფენოვანი 2D მასალის მისაღებად ერთ-ერთ ყველაზე ადვილად მასშტაბირებად მეთოდად აქცევს.
სონიკატორი UIP2000hdT გრაფენის სამრეწველო სინთეზისთვის
ლიტერატურა / წყაროები
- FactSheet – Ultrasonic Graphene Exfoliation – Hielscher Ultrasonics
- FactSheet: Exfoliación y Dispersión de Grafeno por Ultrasonidos – Hielscher Ultrasonics – spanish version
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Adam K. Budniak, Niall A. Killilea, Szymon J. Zelewski, Mykhailo Sytnyk, Yaron Kauffmann, Yaron Amouyal, Robert Kudrawiec, Wolfgang Heiss, Efrat Lifshitz (2020): Exfoliated CrPS4 with Promising Photoconductivity. Small Vol.16, Issue1. January 9, 2020.
- Štengl V., Henych J., Slušná M., Ecorchard P. (2014): Ultrasound exfoliation of inorganic analogues of graphene. Nanoscale Research Letters 9(1), 2014.
ხშირად დასმული კითხვები
რა ხდის გრაფენს ასე უნიკალურს?
გრაფენს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ყველაზე თხელ და მტკიცე ცნობილ მასალას. მაგრამ მისი ნამდვილი ღირებულება მდგომარეობს იმაში, თუ როგორ ითარგმნება მისი ატომური სტრუქტურა განსაკუთრებულ წარმადობაში.
- ექსტრემალური მექანიკური სიმტკიცე
გრაფენს აქვს გაჭიმვის სიმტკიცე, რომელიც შეფასებულია, როგორც ფოლადზე მაქსიმუმ 200-ჯერ მეტი. ეს მას იდეალურ კანდიდატად აქცევს მსუბუქ, მაღალსიმტკიციან მასალებში – განსაკუთრებით ისეთ ინდუსტრიებში, სადაც გრამზე წარმადობა მნიშვნელოვანია. - გამორჩეული ელექტროგამტარობა
გრაფენი ელექტროენერგიას სპილენზეც კი უკეთ ატარებს. ეს გზას უხსნის უფრო სწრაფ, პატარა და ეფექტურ ელექტრონიკას, მათ შორის მოქნილ წრეებს და ულტრათხელ კომპონენტებს. - გამორჩეული თბოგამტარობა
გრაფენი სითბოს ძალიან კარგად ატარებს – ალმასზეც კი უკეთ. ეს მას ძალიან ღირებულს ხდის ელექტრონიკაში სითბოს გასაფრქვევად, თერმული მართვის სისტემებში და მაღალტექნოლოგიური ენერგეტიკული მოწყობილობებისთვის. - მაღალი ოპტიკური გამჭვირვალობა
მიუხედავად მისი სიმტკიცისა და გამტარობისა, გრაფენი თითქმის გამჭვირვალეა. ეს მას შესაფერისს ხდის გამჭვირვალე გამტარი ფენებისთვის, ოპტიკური კომპონენტებისთვის და მაღალტექნოლოგიური დისპლეებისთვის.
რატომ არის გრაფენი „საბაზისო მასალა“ მრავალი ინდუსტრიისთვის?
რადგან გრაფენი უნიკალურად აერთიანებს მექანიკურ სიმტკიცეს, ელექტროგამტარობას, თერმულ წარმადობას და ოპტიკურ გამჭვირვალობას, ის არ შემოიფარგლება მხოლოდ ერთი ნიშით. პირიქით, ის მოქმედებს, როგორც საბაზისო მასალა, რომელსაც შეუძლია მთლიანი ტექნოლოგიური სექტორების განახლება.
- ელექტრონიკაში გრაფენი საშუალებას იძლევა შეიქმნას ულტრათხელი, მოქნილი და მაღალწარმადობის კომპონენტები. მკვლევრები იკვლევენ მის ინტეგრაციას ახალი თაობის ტრანზისტორებში, გამჭვირვალე გამტარ ფენებში, მზის ბატარეებსა და სინათლის გამომსხივებელ მოწყობილობებში. მუხტის მატარებლების განსაკუთრებულად მაღალი ძვრადობა მას განსაკუთრებით მიმზიდველს ხდის მინიატიურული და მაღალსიჩქარიანი ელექტრონული სისტემებისთვის.
- ენერგიის შენახვის სფეროში, გრაფენის მაღალი ელექტროგამტარობა და თერმული სტაბილურობა ხელს უწყობს ბატარეებისა და სუპერკონდენსატორების წარმადობის გაუმჯობესებას. მოწყობილობები, რომლებიც შეიცავენ გრაფენს, შეიძლება გამოავლინონ უფრო მაღალი ენერგეტიკული სიმკვრივე, უფრო სწრაფი დამუხტვის სიჩქარე და გაუმჯობესებული ციკლური სტაბილურობა – კრიტიკული პარამეტრები ელექტრომობილობისა და განახლებადი ენერგიის სისტემებისთვის.
- გრაფენი ასევე მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს კომპოზიტურ მასალებს. პოლიმერებში, ლითონებში ან კერამიკაში დამატებისას მისმა მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება გაზარდოს მექანიკური სიმტკიცე, სიხისტე და თერმული გამტარობა. ეს გრაფენით გაძლიერებულ კომპოზიტებს მიმზიდველს ხდის აეროკოსმოსური კომპონენტებისთვის, საავტომობილო სტრუქტურებისთვის და მაღალტექნოლოგიური სამშენებლო მასალებისთვის.
- ბიომედიცინასა და ბიოინჟინერიაში გრაფენის რეგულირებადი ზედაპირული ქიმია და ბიოთავსებადობა მისი გამოყენების საშუალებას იძლევა წამლების მიწოდების სისტემებში, ბიოსენსორებსა და ქსოვილოვანი ინჟინერიის კარკასებში. ეს თვისებები გზას უხსნის მოწინავე დიაგნოსტიკურ და თერაპიულ ტექნოლოგიებს.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალწარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული დან სამრეწველო ზომამდე.