Die einzigartige Fähigkeit von Graphit, Elektrizität zu leiten und gleichzeitig Wärme von kritischen Komponenten abzuleiten oder abzutransportieren, macht ihn zu einem großartigen Material für elektronische Anwendungen, darunter Halbleiter, Elektromotoren und sogar die Herstellung moderner Batterien.
Graphen ist eine einzelne Graphitschicht auf atomarer Ebene, wie Wissenschaftler und Ingenieure sie nennen. Diese dünnen Graphenschichten werden aufgerollt und in Nanoröhren verwendet. Dies liegt wahrscheinlich an der beeindruckenden elektrischen Leitfähigkeit sowie der außergewöhnlichen Festigkeit und Steifigkeit des Materials.
Heutige Kohlenstoffnanoröhren weisen ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von bis zu 132.000.000:1 auf und sind damit deutlich größer als bei jedem anderen Material. Neben der Verwendung in der Nanotechnologie, die in der Welt der Halbleiter noch relativ neu ist, ist anzumerken, dass die meisten Graphithersteller bereits seit Jahrzehnten spezielle Graphitsorten für die Halbleiterindustrie herstellen.
2. Elektromotoren, Generatoren und Lichtmaschinen
Kohlenstoffgraphit wird auch häufig in Elektromotoren, Generatoren und Wechselstromgeneratoren in Form von Kohlebürsten verwendet. Eine „Bürste“ ist ein Gerät, das Strom zwischen stationären Drähten und einer Kombination beweglicher Teile leitet und üblicherweise in einer rotierenden Welle untergebracht ist.
3. Ionenimplantation
Graphit wird heute immer häufiger in der Elektronikindustrie eingesetzt. Er wird auch bei der Ionenimplantation, Thermoelementen, elektrischen Schaltern, Kondensatoren, Transistoren und Batterien verwendet.
Die Ionenimplantation ist ein technisches Verfahren, bei dem Ionen eines bestimmten Materials in einem elektrischen Feld beschleunigt und in ein anderes Material eingebracht werden. Es handelt sich um einen grundlegenden Prozess bei der Herstellung von Mikrochips für unsere modernen Computer. Graphitatome gehören typischerweise zu den Atomarten, die in diese siliziumbasierten Mikrochips eingebracht werden.
Neben der einzigartigen Rolle von Graphit bei der Herstellung von Mikrochips werden graphitbasierte Innovationen mittlerweile auch als Ersatz für herkömmliche Kondensatoren und Transistoren eingesetzt. Einigen Forschern zufolge könnte Graphen eine mögliche Alternative zu Silizium darstellen. Es ist 100-mal dünner als der kleinste Siliziumtransistor, leitet Strom wesentlich effizienter und besitzt exotische Eigenschaften, die in der Quanteninformatik sehr nützlich sein können. Graphen wird auch in modernen Kondensatoren verwendet. Tatsächlich sind Graphen-Superkondensatoren angeblich 20-mal leistungsstärker als herkömmliche Kondensatoren (mit einer Abgabe von 20 W/cm³) und möglicherweise dreimal stärker als die heutigen Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien.
4. Batterien
Auch bei Batterien (Trockenzellen und Lithium-Ionen-Batterien) spielen Kohlenstoff- und Graphitmaterialien eine wichtige Rolle. Bei einer herkömmlichen Trockenzelle (den Batterien, die wir häufig in unseren Radios, Taschenlampen, Fernbedienungen und Uhren verwenden) ist eine Metallelektrode oder ein Graphitstab (die Kathode) von einer feuchten Elektrolytpaste umgeben, und beide sind in einem Metallzylinder eingekapselt.
Moderne Lithium-Ionen-Akkus verwenden ebenfalls Graphit – als Anode. Ältere Lithium-Ionen-Akkus verwendeten herkömmliche Graphitmaterialien. Da Graphen jedoch immer leichter verfügbar ist, werden stattdessen Graphenanoden verwendet – hauptsächlich aus zwei Gründen: 1. Graphenanoden speichern Energie besser und 2. sie versprechen eine zehnmal schnellere Ladezeit als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Sie werden heute häufig in Haushaltsgeräten, tragbaren elektronischen Geräten, Laptops, Smartphones, Hybridautos, Militärfahrzeugen und auch in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Veröffentlichungszeit: 15. März 2021