صنعت تلفن های همراه دستخوش انقلاب گرافینی

گرافین صفحه ای از اتم های کربن است که به شکل شش ضلعی های لانه زنبور در کنار یکدیگر چیده شده اند. این ماده دو بعدی است اما قطر آن از اندازه یک اتم تجاوز نمی کند و جالب است بدانید که استحکامی 200 برابری در قیاس با فولاد دارد و الکترون ها هم سه برابر سریعتر از سیلیکون روی سطح آن حرکت می کنند.

گرافین همچنین بهترین رسانای الکتریسیته و گرما به شمار می رود، وزن کم و انعطاف پذیری بالایی دارد و سطح رویی آن هم بسیار وسیع است.

این ماده قیمت بالایی دارد، با این همه، بسته به پیشرفت هایی که در فرایندهای تولیدی حاصل می گردد، ممکن است عاقبت روزی فرا رسد که قیمت آن به میزان قابل توجهی پایین بیاید چراکه صرفا از کربن ساخته شده و این ماده نیز در طبیعت به وفور یافت می شود.

به لطف خصوصیات و مشخصه های بسیار خوب این ماده، پژوهشگران و کارشناسان صنعت، آن را «ماده معجزه آسا» خوانده اند و به اعتقادشان گرافینن می تواند کل بازار محصولات الکترونیکی را دستخوش تحولی گسترده نماید.

در ادامه این مطلب با دیجیاتو همراه باشید تا بیشتر در مورد این تحول بدانید.

تاکنون پژوهش های زیادی روی این ماده انجام گرفته که ممکن است در آینده نه چندان دور راه را برای ساخت نمایشگرهای تاشو و شفاف، فرایندهای ارزان قیمت شیرین سازی آب، ساخت پنل های ارزان قیمت و کاربردی، تولید میکروکامپیوترهای بسیار سریع، باتری های سبک و قدرتمند که ظرف تنها چند دقیقه شارژ خواهند شد، حسگرهای بی نظیر و بسیاری مواردی دیگر هموار نمایند.

البته لازم به یادآوری است که محقق شدن همه این موارد نیازمند گذر زمان است و هنوز تا رسیدن به این اهداف راه درازی در پیش است.

ظاهرا عهد و پیمان گرافین و بازار دستگاه های موبایل در آسمان ها بسته شده، چراکه مشخصه های منحصربفرد این ماده می تواند در جنبه های مختلفی از ابزارهای موبایل سودمند واقع شود.

این ماده ساخت باتری هایی بسیار مقرون به صرفه را ممکن می کند که ظرف تنها چند دقیقه شارژ می شوند و در قیاس با انواع لیتیومی-یونی مدت زمان بیشتری را دوام می آورند.

علاوه بر این، با استفاده از آن می توان موادی کامپوزیتی ساخت که وزن دستگاه را به میزان قابل توجه ای پایین آورده و دوام آن را بسیار بالا می برند. ساخت نمایشگرهای تاچ منعطف و شفاف و حتی چیپ های بسیار کوچک اما سریع (در قیاس با انواع سیلیکونی) از دیگر مزایای این ماده است.

گرافین و باتری ها

باتری های بهبودیافته با گرافین از پتانسل بالایی برخوردارند و به همین دلیل هم تحقیقات متعددی روی آنها انجام می گیرد.

از جمله خصوصیات مهم این باتری ها می توان به چرخه عمر طولانی تر، تراکم انرژی بالاتر و ظرفیت ذخیره سازی بیشتر برای شارژ، انعطاف پذیری و امکان شارژ سریع اشاره نمود.

اوایل امسال یک شرکت آمریکایی به نام XG Sciences نسل تازه ای از آنودهای خود را رونمایی کرد که با استفاده از گرافینن سیلیکونی ساخته شده بودند و در باتری های لیتیومی یونی به کار می روند.

شرکت سازنده اظهار داشته که این آنودها می توانند تا چهار برابر نمونه های فعلی شان شارژ را در خود ذخیره کنند و آنطور که گفته شده ورم کمتر و عمر طولانی تر (که بیش از دو برابر نمونه های تولید شده قبلی است) از دیگر خصوصیاتشان به شمار می رود.

ناگفته نماند که نوکیا هم تحقیقات گسترده را روی باتری های گرافینی انجام داده و حتی پتنتی را هم برای یک باتری جدید که بیشتر به داستان های علمی و تخیلی شباهت دارد به ثبت رسانده است.

این محصول یک باتری فوتونی خود شارژِ ساخته شده از گرافین است که می توان روی لایه های منعطف چاپش کرد. علاوه بر این، باتری نوکیا می تواند بلافاصله پس از اتمام شارژ، خود را از طریق واکنش های شیمیایی پیوسته و بدون نیاز به دریافت انرژی از منابع بیرونی بازسازی کند.

این باتری را می توان نوعی دستگاه خودکار در زمینه تأمین انرژی خواند که از هوای مرطوب برای شارژ استفاده می کند و می شود آن را به صورت شفاف ساخت.

جالب است بدانید که آزمایشگاهی به نام Graphene 3D که در ایالات متحده آمریکا واقع شده حتی در نظر دارد که باتری های گرافینی را با استفاده از پرینترهای سه بعدی چاپ کند.

به این ترتیب حتی این امکان نیز وجود خواهد داشت که شکل و اندازه باتری را طبق سلیقه خود تعیین نمود تا بهتر در بدنه کوچک دستگاه های موبایل جای بگیرد.

با این همه باید به اطلاع تان برسانیم که ساخت باتری های گرافینی هم اکنون در مرحله تست قرار دارد و براساس خوشبینانه ترین برآوردهای صورت گرفته دست کم تا دو سال دیگر هم وارد بازار نخواهند شد.

ایجاد بستر مناسبر برای تولید موبایل های بادوام تر

افزودن گرافین به موادی نظیر پلاستیک و فلز نوعی کامپوزیت بهبود یافته را ایحاد می کند که علاوه بر رسانایی، از نظر مکانیکی هم محکم تر بوده، وزن کمتری دارد و به شدت هم بادوام است.

استفاده از این مواد کامپوزیتی در ساخت بدنه دستگاه های موبایل گوناگون، راهکاری بسیار مفید است که می تواند خصوصیات مطلوب متعددی را به این دستگاه ها اضافه کند.

افزودن گرافین به موادی نظیر پلاستیک و فلز نوعی کامپوزیت بهبود یافته را ایحاد می کند که علاوه بر رسانایی، از نظر مکانیکی هم محکم تر بوده، وزن کمتری دارد و به شدت هم بادوام است.

شرکت اسپانیایی Graphenea دریافته است که افزودن گرافین به ماده سرامیکی آلومینا می تواند آن را محکم تر نماید (احتمال شکستن آن در حین وارد آمدن فشار پس از افزوده شدن گرافین تا 50 درصد کمتر خواهد بود).

روش به کار گرفته شده توسط این شرکت علاوه بر سادگی، سرعت بالایی هم دارد و می توان آن را برای مقیاس های مختلف به کار گرفت. علاوه بر این لازم است یادآور شویم که در نتیجه افزوده شدن گرافین به آلومینا رساناییش در حدود 100 میلیون برابر بیشتر خواهد شد.

گرافینا باور دارد که می توان از همین روش برای مواد دیگری نظیر کاربید سیلیسیوم، دی اکسید تیتانیوم و دی اکسید زیرکونیم بهره گرفت.

پژوهشگران دانشگاه مینه سوتا طی همکاری شان با شرکت Adama Materials نوعی ترکیب به شدت با دوام از گرافین-پلاستیک ساخته اند و اظهار داشته اند که با افزودن میزان اندکی گرافین به پلاستیک، استحکام آن در حدود 2.5 برابر بیشتر می شود. این پژوهشگران هم اکنون در حال بهینه سازی فرایند یاد شده هستند تا آن را به صورت تجاری در آورند.

کامپوزیت های گرافینی چندی است که وارد بازار شده اند و هم اکنون می توان آنها را در تجهیزات ورزشی از قبیل چوب های اسکی محکم و سبک، چرخ های دوچرخه، کلاه ایمنی و مواردی از این دست یافت نمود و تنها به کمی زمان نیاز است تا این ماده به دنیا تلفن های همراه نیز راه پیدا کند.

گرافین در نمایشگرهای موبایل

اغلب نمایشگرهای تاچی که این روزها در بازار موجودند در الکترودهای شفاف خود از ایندیوم اکسید قلع بهره می گیرند. اما این ماده مشکلاتی را هم با خود به همراه دارد، از جمله آنکه علاوه بر کم یاب بودن، قیمتت بالایی هم دارد و به خاطر شکنندگی زیادش برای استفاده در نمایشگرهای منعطف گزینه مناسبی به شمار نمی رود و به همین دلیل است که پژوهشگران مرتبا به دنبال جایگزینی برای آن هستند.

شرکت سازنده اعلام کرده که گرافین ارزان تر و محکم تر از ITO است و به همین دلیل در نظر دارد که  150 میلیون دلار را ظرف سه سال آتی، به منظور ارائه راهکارهای تازه در این حوزه صرف نماید.

در حال حاظر یک شرکت چینی به نام Morsh Technology مشغول ایجاد نوعی خط تولید در Chongqing است و در نظر دارد که از آن برای ساخت صفحات تک لایه 15 اینچی گرافین استفاده نماید.

آنها امید دارند که فرایند تولید را به زودی آغاز نمایند و به همین دلیل نیز پیشتر توافقی را با شرکت Guangdong Zhengyang (یک تولید کننده نمایشگرها تک لایه) به امضا رسانده اند تا 10 میلیون صفحه رسانای شفاف گرافینی را در یک بازه زمانی یک ساله تولید نمایند. ناگفته نماند که قرار است از این صفحات برای تولید پنل های تاچ برای دستگاه های موبایل استفاده شود.

چیپ های گرافینی

گرافین این پتانسیل را دارد که روزی جایگزین سیلیکون شده و به عنوان ماده اصلی برای نسل آتی چیپ ها و تراشه های الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرد. خاصیت رسانایی فوق العاده و ابعاد بسیار کوچک گرافین آن را به ماده ای مطلوب با پتانسیل بالا برای استفاده در دنیای کالاهای الکترونیکی بدل می کند.

چیپ های گرافینی همانطور که در ابتدا گفته شده در قیاس با سیلیکون به مراتب سریع تر هستند و از لحاظ میزان مصرف انرژی هم تا حدود زیادی مقرون به صرفه اند.

در حال حاضر شرکت ها و موسسات گوناگون برای دستیابی به پیشرفت های بیشتر در این حوزه بودجه ای هنگفت را صرف تحقیق و توسعه پیرامون گرافین می کنند، که از آن جمله می توان به نام های بزرگی چون اینتل، IBM و سامسونگ اشاره نمود.

البته قطعات الکترونیکی ساخته شده از این ماده هم با چالش های گوناگونی روبرو هستند. در حال حاضر شرکت ها و موسسات گوناگون برای دستیابی به پیشرفت های بیشتر در این حوزه بودجه ای هنگفت را صرف تحقیق و توسعه پیرامون گرافین می کنند، که از آن جمله می توان به نام های بزرگی چون اینتل، IBM و سامسونگ اشاره نمود.

اینتل مشغول کار روی ترانزیستورهای گرافینی است و گزارش پیشرفت های خود را نیز به صورت مستمر منتشر می کند، با این همه هشدار داده که تولید انبوه چیپ های ساخته شده از این ماده هنوز هم به زمان زیادی نیاز دارد.

IBM هم از کلید زدن پروژه ای جدید خبر داده که به موجب آن در نظر دارد به تکنولوژی نسل آتی چیپ های دست پیدا کرده و آن را جایگزین سیلیکون نماید و برای این منظور هم اعلام نموده که بودجه ای سه میلیارد دلاری را ظرف 5 سال آینده صرف این پروژه خواهد کرد.

این موسسه در نظر دارد که به بررسی دقیق تر گرافین، نانو تیوب های کربنی، پردازش کوانتومی، فوتونیک های سیلیکونی و بسیاری تکنولوژی های دیگر بپردازد.