Die einzigartige Fähigkeit von Graphit, Strom zu leiten und gleichzeitig Wärme von kritischen Bauteilen abzuleiten, macht es zu einem hervorragenden Material für Elektronikanwendungen wie Halbleiter, Elektromotoren und sogar die Herstellung moderner Batterien.
Graphen ist die Bezeichnung von Wissenschaftlern und Ingenieuren für eine einzelne Graphitschicht auf atomarer Ebene. 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 weisen ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von bis zu 132.000.000:1 auf, was deutlich höher ist als bei allen anderen Materialien. Neben ihrer Anwendung in der Nanotechnologie, die in der Halbleiterindustrie noch relativ neu ist, ist anzumerken, dass die meisten Graphithersteller bereits seit Jahrzehnten spezielle Graphitsorten für die Halbleiterindustrie produzieren.
2. Elektromotoren, Generatoren und Wechselstromgeneratoren
Kohlenstoff-Graphit wird häufig auch in Elektromotoren, Generatoren und Lichtmaschinen in Form von Kohlebürsten verwendet. In diesem Fall ist eine „Bürste“ ein Bauteil, das den Strom zwischen feststehenden Drähten und beweglichen Teilen leitet und üblicherweise in einer rotierenden Welle untergebracht ist.
3. Ionenimplantation
Graphit findet heutzutage immer häufiger Verwendung in der Elektronikindustrie. Es wird unter anderem bei der Ionenimplantation, in Thermoelementen, elektrischen Schaltern, Kondensatoren, Transistoren und Batterien eingesetzt.
Die Ionenimplantation ist ein technisches Verfahren, bei dem Ionen eines bestimmten Materials in einem elektrischen Feld beschleunigt und in ein anderes Material eingebracht werden, um dieses zu imprägnieren. Sie ist eines der grundlegenden Verfahren bei der Herstellung von Mikrochips für moderne Computer, und Graphitatome gehören typischerweise zu den Atomarten, die in diese Silizium-basierten Mikrochips eingebracht werden.
Neben der einzigartigen Rolle von Graphit bei der Herstellung von Mikrochips werden graphitbasierte Innovationen mittlerweile auch zur Ablösung herkömmlicher Kondensatoren und Transistoren eingesetzt. Laut einigen Forschern könnte Graphen sogar eine gänzliche Alternative zu Silizium darstellen. Es ist 100-mal dünner als der kleinste Siliziumtransistor, leitet Strom deutlich effizienter und besitzt außergewöhnliche 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 (mit einer Leistung von 20 W/cm³) und möglicherweise dreimal so leistungsfähig wie heutige Lithium-Ionen-Akkus.
4. Batterien
Auch bei Batterien (Trockenbatterien und Lithium-Ionen-Akkus) spielen Kohlenstoff- und Graphitmaterialien eine entscheidende Rolle. Bei einer herkömmlichen Trockenbatterie (wie sie häufig in Radios, Taschenlampen, Fernbedienungen und Uhren verwendet wird) ist eine Metallelektrode oder ein Graphitstab (die Kathode) von einer feuchten Elektrolytpaste umgeben, und beides ist in einem Metallzylinder eingeschlossen.
Moderne Lithium-Ionen-Akkus verwenden heute ebenfalls Graphit – als Anode. Ältere Lithium-Ionen-Akkus nutzten herkömmliche Graphitmaterialien. Da Graphen jedoch immer leichter verfügbar wird, kommen nun Graphenanoden zum Einsatz – 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-Akkus erfreuen sich heutzutage immer größerer Beliebtheit. Sie werden mittlerweile häufig in Haushaltsgeräten, tragbaren Elektronikgeräten, Laptops, Smartphones, Hybrid-Elektroautos, Militärfahrzeugen und auch in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 15. März 2021