In den letzten Jahren war Graphen so etwas wie ein Schlagwort: ein neues Material mit bemerkenswerten Eigenschaften, das alles in unserem Leben revolutionieren soll. Aber ist das alles ein leerer Hype? Was genau ist Graphen und was können wir wirklich davon erwarten?
Graphen ist eine ungewöhnliche Form eines der häufigsten Elemente auf dem Planeten (Kohlenstoff) und wurde 2004 an der University of Manchester entdeckt und synthetisiert. Es besteht aus vielen Kohlenstoffschichten, jede Schicht nur ein Atom dick in einem hexagonalen Gitter angeordnet.
Und deshalb hat es alle möglichen interessanten und unerwarteten Eigenschaften. Zum Beispiel ist Graphen etwa 200 Mal stärker als Stahl und sechs Mal leichter. Es leitet Wärme und Elektrizität und ist extrem lichtempfindlich bei nahezu vollständiger Transparenz.
Seit seiner Entdeckung haben Wissenschaftler und Ingenieure nach praktischen Wegen gesucht, dieses außergewöhnliche Material zu nutzen. Die Liste der Möglichkeiten ist fast endlos, aber hier sind einige der Orte, an denen Sie bald sehen können, dass Graphen einen Unterschied in Ihrem Leben macht.
1. Computerchips
Für eine Weile haben wir gesehen, dass Computerchips Moores Gesetz folgen. Was ist Moores Gesetz und was hat es mit dir zu tun? [MakeUseOf erklärt] Was ist Moores Gesetz, und was hat es mit dir zu tun? [MakeUseOf Explains] Pech hat nichts mit Moores Gesetz zu tun. Wenn das Ihre Assoziation ist, verwechseln Sie sie mit Murphys Gesetz. Sie waren jedoch nicht weit entfernt, da Moores Gesetz und Murphys Gesetz ... Mehr lesen, was bedeutet, dass sie sich ungefähr alle 18 Monate verdoppeln, aber wir nähern uns jetzt den Grenzen, wie kleine Siliziumtransistoren hergestellt werden können. In diesem Tempo wird das Mooresche Gesetz in Zukunft nicht mehr wahr sein.
Es wird jedoch erforscht, wie Graphen in Kombination mit Silizium verwendet werden kann, um schnellere, kleinere und weniger energieintensive Prozessoren herzustellen. IBM hat 3 Milliarden US-Dollar in die Erforschung von Graphen investiert und erwartet bis 2019 einen funktionierenden Graphen-Prozessor auf dem Markt.
Im besten Fall haben Chips, die Graphen enthalten, das Potenzial, um Größenordnungen schneller als herkömmliche Siliziumchips zu sein, so dass ein Durchbruch hier für die Computerwelt unglaublich sein könnte.
2. Batterien
Wir sind im aktuellen Zeitalter von Smartphones und anderer tragbarer Elektronik völlig auf Batterien angewiesen, und deshalb suchen wir immer nach Wegen, sie länger halten zu können. Graphen zeigt vielversprechende Ergebnisse in diesem Bereich.
Samsung berichtete von einigen Erfolgen bei der Erhöhung der Batteriekapazität, indem es Graphen in Lithium-Ionen-Batterien einbaute, und in ähnlicher Weise enthüllte Dongxu das, was es als das weltweit erste Graphen-Batteriepaket bezeichnet. Dongxu behauptet, dass seine 4.800 mAh Batterie innerhalb von 15 Minuten vollständig geladen werden kann. Es ist zu diesem Zeitpunkt unklar, wann es zum Kauf verfügbar sein wird.
Ob diese Produkte jemals auf den Markt kommen oder nicht, das Potenzial von Graphen in Batterien ist erstaunlich. Wenn es jemals vollständig verwirklicht wird, ist es vielleicht eine der revolutionärsten Entwicklungen seit Jahrzehnten. Graphen-Superkondensator-Batterien können fünfmal so lange halten wie ähnlich große Lithium-Ionen-Batterien und können in einem Bruchteil der Zeit wiederaufgeladen werden.
Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien sind sie ungiftig und haben kein Risiko zu explodieren. Warum zum Teufel würden Samsungs Batterien sowieso explodieren? Warum zum Teufel waren Samsungs Batterien sowieso explodiert? Über 30 verschiedene Samsung Galaxy Note 7 Telefone explodierten. Warum ist es passiert? Und haben Sie mit Ihrem eigenen Telefon etwas zu tun? Hier ist alles, was Sie wissen müssen. Weiterlesen .
Mit Graphen-Superkondensatoren könnten Smartphones eine Woche oder länger mit einer einzigen Ladung halten, und Elektroautos hätten eine verbesserte Reichweite, die mit dem Verbrennungsmotor konkurrieren könnte. Wenn sie wieder aufgeladen werden müssen, würde der Prozess Sekunden oder Minuten statt Stunden dauern, was eine gute Nachricht ist, weil Ladegrenzen ein großes Hindernis bei der Verbreitung von Elektrofahrzeugen sind. Wie Elektroautos Ladegrenzen überwinden werden Wie Elektroautos das Laden überwinden werden Limits Elektroautos sind großartig - außer ihrer Reichweite. Können Elektroautos Reichweitetechnologien überwinden? Weiterlesen .
3. Gedruckte Elektronik
Graphen kann auf Papier (oder andere Materialien) gedruckt werden und kann in Form eines Schaltkreises von RFID-Lesegeräten gelesen werden. Tickets, Boarding-Pässe usw. sind die offensichtlichste unmittelbare Verwendung einer solchen Technologie, aber es gibt kein Ende der Möglichkeiten. Tragbare Elektronik, flexible Sensoren und Bildschirme und sogar elektronische Tattoos werden in naher Zukunft alltäglich werden.
4. Kamerasensoren
Graphen ist viel lichtempfindlicher als das derzeit in den bildgebenden Sensoren von Digitalkameras verwendete Silizium. Dies eröffnet die Möglichkeit besserer Kameras, die bei schlechten Lichtbedingungen gut funktionieren, was für ziemlich alle Fotografen und Videofilmer eine gute Nachricht ist. (Nokia arbeitet sogar an einem Smartphone, das einen Graphen-basierten Kamerasensor haben wird, der weniger energieintensiv und viel billiger als aktuelle Kameras zu sein verspricht.)
Die hohe Transparenz von Graphen - es lässt etwa 97, 7 Prozent des Lichts durch - eröffnet auch das Potenzial für 3D-Kameras und für Kameras, bei denen der Bildfokus später angepasst werden kann. Mehrere Schichten von Graphen können so angeordnet werden, dass Bilder mit einer Vielzahl von Fokuspunkten erfasst werden können und der Fokus nach der Aufnahme des Fotos angepasst werden kann.
5. Verbesserte Sprecher
Die Lautsprecher, die wir heute verwenden, sind auf mechanische Teile angewiesen, die zur Erzeugung von Klang vibrieren. Dies bedeutet, dass für diese Teile genügend Platz vorhanden sein muss, um sich zu bewegen, und das begrenzt, wie kleine Lautsprecher sein können und wo Lautsprecher platziert werden können.
Forscher in Korea haben das Prinzip der Thermoakustik verwendet - indem sie Schall erzeugen, indem sie ein Material schnell erwärmen und abkühlen -, um Lautsprecher aus einem Graphen-Aerogel herzustellen, die dünn sind und nicht vibrieren. Solche Lautsprecher wären ideal für mobile Geräte und könnten auch problemlos in Wänden oder Flachbildfernsehern installiert werden.
Es gibt keine Anzeichen dafür, dass ein Produkt in absehbarer Zeit auf den Markt kommt, aber es ist eine aufregende Weiterentwicklung mit viel Potenzial, die Klangwelt zu verändern.
6. Stärkere Touchscreens
Da Graphen fast vollständig transparent ist, kann es auf Glas verwendet werden, und eine mögliche Verwendung ist die Stärkung der Touchscreens auf unseren Smartphones.
Graphen ist stärker als Diamant und ein damit beschichteter Bildschirm wäre nahezu unzerstörbar - oder würde zumindest nicht brechen, wenn es aus der Hand rutscht. Gehärtetes Glas hat natürlich mehrere andere Anwendungen, und die anderen Eigenschaften von Graphen bedeuten, dass intelligente Fenster und Windschutzscheiben auch echte Möglichkeiten sind.
Graphen verspricht flexible Bildschirme, die sich biegen, nicht brechen. In der Zwischenzeit gibt es ein paar Dinge, die Sie tun können 7 Praktische Dinge, die Sie tun sollten, nachdem Sie den Bildschirm Ihres Smartphones geknackt haben 7 Praktische Dinge, die Sie tun sollten, nachdem Sie Ihren Smartphone-Bildschirm geknackt haben Vielleicht ist ein entlaufener Elefant auf Ihr kürzlich fallen gelassenes Telefon auf einem Parkplatz neben der lokale Zoo. Lesen Sie mehr, wenn der Bildschirm Ihres Telefons kaputt geht.
7. Sportausrüstung
Graphen ist extrem leicht und extrem stark, zwei Eigenschaften, die bei Sportgeräten sehr erwünscht sind, und bei den meisten Sportarten bedeutet jedes Gewicht, das von der Ausrüstung abrasiert wird, einen Wettbewerbsvorteil. Radfahren ist das offensichtlichste, wo High-End-Bikes bereits leichte Kohlefaser verwenden.
Graphen, das sorgfältig mit Kohlefaser kombiniert wird, kann das Gewicht sogar noch weiter senken, während die Festigkeit beibehalten wird. Das britische Unternehmen Dassi hat einen Fahrradrahmen mit Graphen hergestellt, der nur 750 Gramm wiegt und in naher Zukunft auf 350 Gramm reduziert werden soll.
Sie können sich aber auch vorstellen, wie das in verschiedene Bereiche der Tech-Welt eindringt, in denen Benutzer ständig von dem nächsten Telefon, Laptop oder der Kamera, die stärker, leichter und dünner als die vorherigen ist, begeistert sind. Und wenn sich die Graphenproduktion als günstiger erweist, noch besser.
Graphen und die Zukunft
Dies sind nur einige der möglichen Anwendungen von Graphen, die Sie wahrscheinlich in naher Zukunft in Ihren Händen haben werden, aber es gibt auch eine breite Palette potenzieller industrieller und medizinischer Anwendungen, die ebenso revolutionär sein könnten.
Es bleibt abzuwarten, ob Graphen die hohen Erwartungen, die wir an es stellen, erfüllen wird. Es kann sein, dass einige Produktionsprobleme unüberwindbar bleiben oder dass die Kosten einige der oben genannten Verwendungen unpraktisch machen, aber wenn nur ein Bruchteil ihres Potenzials realisiert werden kann, wird es die Welt, in der wir leben, revolutionieren.
Erwarten Sie bald Graphenprodukte auf dem Markt? Welche Anwendungen begeistern dich am meisten? Bitte lassen Sie uns in den Kommentaren unten wissen.
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