Verwendung von Graphit in elektronischen Anwendungen

Graphen ist das, was Wissenschaftler und Ingenieure als einzelne Graphitschicht auf atomarer Ebene bezeichnen. Diese dünnen Graphenschichten werden aufgerollt und in Nanoröhren verwendet. Dies ist wahrscheinlich auf die beeindruckende elektrische Leitfähigkeit sowie die außergewöhnliche Festigkeit und Steifigkeit des Materials zurückzuführen.

Heutige Kohlenstoffnanoröhren werden mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von bis zu 132.000.000:1 konstruiert, was deutlich größer ist als bei jedem anderen Material. Neben der Verwendung in der Nanotechnologie, die in der Welt der Halbleiter noch recht neu ist, ist zu beachten, dass die meisten Graphithersteller seit Jahrzehnten spezielle Graphitqualitäten für die Halbleiterindustrie herstellen.

2. Elektromotoren, Generatoren und Lichtmaschinen

Kohlenstoffgraphitmaterial wird auch häufig in Elektromotoren, Generatoren und Lichtmaschinen in Form von Kohlebürsten verwendet. In diesem Fall ist eine „Bürste“ ein Gerät, das Strom zwischen stationären Drähten und einer Kombination aus beweglichen Teilen leitet und normalerweise in einer rotierenden Welle untergebracht ist.

3. Ionenimplantation

Graphit wird mittlerweile immer häufiger in der Elektronikindustrie eingesetzt. Es wird auch bei der Ionenimplantation, Thermoelementen, elektrischen Schaltern, Kondensatoren, Transistoren und Batterien verwendet.

Bei der Ionenimplantation handelt es sich um einen technischen Prozess, bei dem Ionen eines bestimmten Materials in einem elektrischen Feld beschleunigt werden und als Imprägnierungsform auf ein anderes Material treffen. Es handelt sich um einen der grundlegenden Prozesse bei der Herstellung von Mikrochips für unsere modernen Computer, und Graphitatome sind typischerweise eine der Atomarten, die in diese Mikrochips auf Siliziumbasis eingearbeitet werden.

Neben der einzigartigen Rolle von Graphit bei der Herstellung von Mikrochips werden auf Graphit basierende Innovationen mittlerweile auch als Ersatz für herkömmliche Kondensatoren und Transistoren eingesetzt. Nach Ansicht einiger Forscher könnte Graphen insgesamt eine mögliche Alternative zu Silizium sein. Es ist 100-mal dünner als der kleinste Siliziumtransistor, leitet Elektrizität viel effizienter und verfügt über exotische Eigenschaften, die im Quantencomputing sehr nützlich sein können. Graphen wird auch in modernen Kondensatoren verwendet. Tatsächlich sollen Graphen-Superkondensatoren 20-mal leistungsstärker sein als herkömmliche Kondensatoren (sie geben 20 W/cm3 ab) und sie könnten 3-mal stärker sein als die heutigen leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien.

4. Batterien

Auch bei Batterien (Trockenzellen und Lithium-Ionen) waren Kohlenstoff- und Graphitmaterialien von entscheidender Bedeutung. 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 darin eingekapselt ein Metallzylinder.

Auch moderne Lithium-Ionen-Batterien verwenden Graphit – als Anode. Ältere Lithium-Ionen-Batterien verwendeten traditionelle Graphitmaterialien. Da Graphen jedoch immer leichter verfügbar ist, werden stattdessen Graphenanoden verwendet – hauptsächlich aus zwei Gründen; 1. Graphenanoden halten die Energie besser und 2. sie versprechen eine zehnmal schnellere Ladezeit als eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus erfreuen sich heutzutage immer größerer Beliebtheit. Sie werden heute häufig in unseren Haushaltsgeräten, tragbaren Elektronikgeräten, Laptops, Smartphones, Hybrid-Elektroautos, Militärfahrzeugen und auch in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt.