گرافىك قەغەز ، رومان كاربون - ئاساسىدىكى ماتېرىيال ، تەبىئىي گرافت ياكى يۇقىرى يۆنىلىشلىك پىرولىتلىق گرافت (HOPG) دىن ئالاھىدە كۆيدۈرۈش ۋە بېسىش جەريانىدىن ياسالغان. ئۇ گرافتنىڭ ئېسىل ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى ، ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە خىمىيىلىك مۇقىملىقى بىلەن قەغەزنىڭ يېنىكلىكى ، نېپىزلىكى ۋە ئەۋرىشىملىكىنى بىرلەشتۈرگەن. ئۇنىڭ ئىجاد قىلىنىشى ماتېرىيال ئىلمىدىكى مۇھىم بۆسۈش بولۇپلا قالماي ، يەنە ئېنېرگىيە ، ئېلېكترون ۋە مۇھىت قاتارلىق ساھەلەردە چوڭقۇر قوللىنىش يوشۇرۇن كۈچىنى نامايان قىلىپ ، تېخنىكىدا يېڭىلىق يارىتىشنى ئىلگىرى سۈرۈپ ، ئىلمىي تونۇشنى چوڭقۇرلاشتۇردى.
1. قۇرۇلما ۋە ئىقتىدار جەھەتتىكى ئىلمىي بۆسۈش: مىكرودىن ماكروغىچە ماسلاشتۇرۇلغان ئەلالاشتۇرۇش
گرافت قەغىزىنىڭ ئىلمىي ئەھمىيىتى ئاساسلىقى ئۇنىڭ مىكرو قۇرۇلما بىلەن ماكروسكوپ خۇسۇسىيىتى ئوتتۇرىسىدىكى ئۆزگىچە ھەمتۈرتكىلىكىدە ئىپادىلىنىدۇ. ئەنئەنىۋى گرافت ماتېرىياللىرى كۆپىنچە توپ ياكى پاراشوك شەكلىدە بولۇپ ، يېنىك ۋە ئەۋرىشىم تەلەپ قىلىدىغان پروگراممىلاردا بىۋاسىتە ئىشلىتىش تەسكە توختايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، گرافت مىكرو ئېلېكترنىڭ ئۆز-ئارا تىزىشىنى كونترول قىلىش ئارقىلىق (ئادەتتە بەزى sp² ئارىلاش ماتورلۇق كاربون قەۋىتىنىڭ تەرتىپلىك قۇرۇلمىسىنى ساقلاپ قالىدۇ) ، گرافت قەغىزى ئىككى - ئۆلچەملىك نانوشېتتىن ماكروسكوپتىك ئۇدا داۋاملاشقان - كۆلەمدىكى قۇرۇلۇشنى ئەمەلگە ئاشۇرىدۇ. ئۇنىڭ تىپىك قېلىنلىقى ئاران 0.05 - 1mm ، زىچلىقى تەخمىنەن 2.1 - 2.3g / cm³ (گرافتنىڭ نەزەرىيىۋى زىچلىقىغا يېقىن). قانداقلا بولمىسۇن ، ئۇ - ئايروپىلاننىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى 1000-3000 W / (m · K) (يەككە قەۋەتلىك گرافېن بىلەن سېلىشتۇرۇشقا بولىدۇ) ، ئېلېكتر سىغىمى 10⁵-10⁶ S / m (مىسنىڭ% 80 كە يېقىن) ، خىمىيىلىك ئىنېرتسىيە (كىسلاتا ۋە ئىشقارغا قارشى تۇرۇش ۋە ئوكسىدلىنىشقا قارشى تۇرۇش) بىلەن ماختىنىدۇ. بۇ يېنىك ، يۇقىرى ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە مۇقىملىقنىڭ بىرىكىشى ئەنئەنىۋى ماتېرىياللارنىڭ ئەسلىدىكى ئىقتىدار سودىسىنى يېڭىپ ، ئېنېرگىيە يەتكۈزۈشتىكى ئىسسىقلىق باشقۇرۇش خىرىسى ۋە ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەردە جانلىق توك ئۆتكۈزۈش ئېھتىياجىنى ھەل قىلىدىغان مۇھىم ماتېرىيال بىلەن تەمىنلەيدۇ.
2. ئېنېرگىيە ساھەسىدە يېڭىلىق يارىتىش: ئىسسىقلىق باشقۇرۇش ۋە ئېنېرگىيە تېجەش ئۈنۈمىنى ئاشۇرۇش
ئېنېرگىيە تېخنىكىسىنىڭ تېز تەرەققىي قىلىشى ئارقا كۆرۈنۈشى ئاستىدا ، گرافت قەغەزنىڭ يادرولۇق قىممىتى ئاساسلىقى ئىسسىقلىق باشقۇرۇشتا ئىپادىلىنىدۇ. يۇقىرى - قۇۋۋەت زىچلىقى ئۈسكۈنىلىرىنىڭ كەڭ كۆلەمدە ئومۇملىشىشىغا ئەگىشىپ (5G ئاساسى پونكىتى ئۆزىكى ۋە يېڭى ئېنېرگىيە ماشىنىسى باتارېيەسى دېگەندەك) ، ئىقتىدارنىڭ ناچارلىشىشى ھەتتا يەرلىكنىڭ ئىسسىشىدىن كېلىپ چىققان بىخەتەرلىك ھادىسىلىرى ئاساسلىق توسالغۇغا ئايلاندى. گرافىك قەغەز ، ئۇلترا - يۇقىرى - ئايروپىلاننىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى يۇقىرى بولۇپ ، نىشاننى ئىسسىقلىق بىلەن ئۈنۈملۈك ئۆتكۈزەلەيدۇ (مەسىلەن ، ئۆز-ئارا ئۇدۇل يۆنىلىشتىكى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ئاران 10 W / (m · K) ، ئەمما - ئايروپىلان يۆنىلىشىدە نەچچە مىڭغا يېتىدۇ). بۇ ئۇنى باتارېيە ئىسسىقلىق تارقىتىش قەۋىتىدە (تېسلانىڭ 4680 باتارېيەسىدىكى گرافت ئىسسىقلىق تارقىتىش پىلاستىنكىسىغا ئوخشاش) ۋە LED ئۆزەكنىڭ ئىسسىقلىق تارقىتىش تارماق ئورنىدا كەڭ كۆلەمدە ئىشلىتىدۇ. تەجرىبە سانلىق مەلۇماتلىرىدا كۆرسىتىلىشچە ، لىتىي باتارېيە مودۇلىغا گرافت قەغەز بۇففېر قەۋىتى قوشقاندا توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدىكى ئەڭ يۇقىرى تېمپېراتۇرىنى 15-20 گرادۇس تۆۋەنلەتكىلى ھەمدە دەۋرىيلىك ئۆمرىنى% 30 ئۇزارتقىلى بولىدىكەن.
گرافىك قەغەز يەنە ئېنېرگىيە ساقلاش ئۈسكۈنىلىرىدە ھەل قىلغۇچ رول ئوينايدۇ. دەرىجىدىن تاشقىرى كوندېنساتورنىڭ ئەۋرىشىم ئېلېكترود ماتېرىيالى بولۇش سۈپىتى بىلەن ، ئۇنىڭ يۇقىرى ئۆتكۈزۈشچانلىقى ئۆز ئارا قارشىلىقنى تۆۋەنلىتىدۇ (ئەنئەنىۋى ئاكتىپلانغان كاربون ئېلېكترودتىن% 50 تىن تۆۋەن). ئۇنىڭ قاتلاملىق قۇرۇلمىسى ئىئوننى تېز سۈرئەتتە ئىككى - ئۆلچەملىك تارقىتىش يولى بىلەن تەمىنلەيدۇ (مەسىلەن ⁺ ۋە Na⁺ غا ئوخشاش) ، بۇ ئۈسكۈنە ئېگىلىپ كەتكەندىمۇ دەسلەپكى سىغىمىنىڭ% 90 تىن كۆپرەكىنى ساقلاپ قالالايدۇ. تېخىمۇ دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى ، گرافت قەغىزى قاتتىق - ھالەتتىكى ئېلېكترولىت پەردىسىنى يۆلەش رولىنى ئوينايدۇ. يەر يۈزىنىڭ ئىقتىدارى (سۇلفونىك كىسلاتا گۇرۇپپىسىنىڭ كىرگۈزۈلۈشى دېگەندەك) لىتىي ئىئونىنىڭ لىتىي مېتال باتارېيەدە بىردەك چۆكۈشىنى كۈچەيتىپ ، دېندرىتنىڭ ئۆسۈشىنى تورمۇزلاپ ، باتارېيەنىڭ بىخەتەرلىكىنى يۇقىرى كۆتۈرەلەيدۇ.
3. ئېلېكترون ۋە سېزىش تېخنىكىسىنى كۈچەيتىش: ئەۋرىشىم ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرىنىڭ ئۇل تېشى ماتېرىيالى
ئەۋرىشىم ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەرنىڭ (تاقىغىلى بولىدىغان سېنزور ۋە قاتلىنىدىغان ئېكران سېزىمچان ئېكرانىغا ئوخشاش) تېز تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ ، ئەنئەنىۋى قاتتىق ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللار (مېتال پىلاستىنكا ۋە ئىندىي قەلەي ئوكسىد (ITO)) چاققانلىقى ۋە ئەۋرىشىملىكى سەۋەبىدىن بۇ تەلەپلەرنى قاندۇرالمايدۇ. گرافىك قەغەزنىڭ جانلىقلىق ۋە ئۆتكۈزۈشچانلىقىدىن ئىبارەت قوش خۇسۇسىيىتى ئۇنى كۆڭۈلدىكىدەك تاللاش ئۇسۇلىغا ئايلاندۇرىدۇ: ئۇ 10⁵ دىن ئارتۇق ئەگرى سىزىققا (ئەگرى رادىئوسى 1 مىللىمېتىردىن تۆۋەن) چىدامچانلىقىنى يوقاتماي بەرداشلىق بېرەلەيدۇ ، ئاددىي پىششىقلاپ ئىشلەش ئارقىلىق (كېسىش ۋە مۇشتلاش دېگەندەك) ھەر قانداق شەكىلدە شەكىللىنەلەيدۇ. مەسىلەن ، ئەۋرىشىم بېسىم سېنزورىدا ، گرافت قەغىزى ئېلاستىك پولىمېر بىلەن ياسالغان بولۇپ ، ئېلېكتر قارشىلىق كۈچىنىڭ ئۆزگىرىشىگە بولغان سەزگۈرلۈكىنى ئىشلىتىپ (5-10 غىچە بولغان سەزگۈرلۈك كوئېففىتسېنتى (GF) بىلەن ، مىنۇتنىڭ ئۆزگىرىشىنى يۇقىرى - ئېنىق نازارەت قىلالايدۇ. ئېلېكترونلۇق تېرە ساھەسىدە ، گرافت قەغىزى - سېنزور كەڭ تېمپېراتۇرا دائىرىسى -20 گرادۇستىن 150 گرادۇسقىچە مۇقىم مەشغۇلات قىلالايدۇ ، بىئولوگىيىلىك ماشىنا ئادەملەرنىڭ تاكتىكا ئىنكاسىنى مۇھىم تېخنىكىلىق قوللايدۇ.
4. مۇھىت ۋە ئىمكانىيەتلىك سىجىل ئىلىمدىكى يوشۇرۇن قىممەت
گرافت قەغىزىنىڭ ئىلمىي ئەھمىيىتى مۇھىت ئاسراشقىمۇ كېڭەيدى. ئۇنىڭ خام ئەشياسى گرافت يەر پوستىدىن تېپىلغان مول كاربون ماتېرىيالى (يەرشارى تەبىئىي گرافت زاپىسى 300 مىليون توننىدىن ئاشىدۇ). ئۇندىن باشقا ، ئىشلەپچىقىرىش جەريانى يېشىل خىمىيىلىك پرىنسىپلارغا ئاساسەن ، تاشلاندۇق گرافت ئېلېكترودنى (پولات-تۆمۈر ياساشقا ئوخشاش) قايتا پايدىلىنىشقا ، بايلىقلاردىن قايتا پايدىلىنىشقا يول قويىدۇ. ئۇندىن باشقا ، گرافت قەغەزنىڭ يىرىڭلىق قۇرۇلمىسى (كونتروللۇقىدىكى ئوكسىدلىنىش - ئازايتىش جەريانى ئارقىلىق ئۇنىڭ جاراھەتنى تەڭشىگىلى بولىدۇ) ئۇنى ئېغىر مېتال ئىئون ۋە ئورگانىك بوياق قاتارلىق بۇلغىمىلارنىڭ ئېسىل سۈمۈرۈلۈش ئىقتىدارىنى نامايان قىلالايدۇ. تەجرىبە شۇنى ئىسپاتلىدىكى ، ئامىنو - ئىقتىدارلىق گرافت قەغىزى Pb²⁺ نىڭ سۈمۈرۈلۈش ئىقتىدارى 280 mg / g غا يېتىدۇ ، بۇ ئاكتىپلانغان كاربون (تەخمىنەن 100 mg / g) دىن كۆرۈنەرلىك ئېشىپ كېتىدۇ. ئۇزۇن مۇددەتتىن قارىغاندا ، ۋەكىللىك كاربون - ئاساس قىلىنغان ئىقتىدارلىق ماتېرىيال بولۇش سۈپىتى بىلەن ، گرافت قەغىزى كاربون نېيتراللىقىنى ئەمەلگە ئاشۇرۇشنى مەقسەت قىلغان «كاربون - دىن - كاربون» تېخنىكىسى ئۈچۈن يېڭى ماتېرىيال سۇپىسى بىلەن تەمىنلەيدۇ.
گرافت قەغىزىنىڭ ئىلمىي ئەھمىيىتى ئۇنىڭ بۆسۈش خاراكتېرلىك ئىپادىسى بولۇپلا قالماستىن ، بەلكى يەنە «كۆۋرۈك ماتېرىيالى» رولىنى ئويناپ ، ئاساسىي تەتقىقات ۋە قۇرۇلۇش قوللىنىشچان پروگراممىلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ: مىكروسكوپتا ئىككى - ئۆلچەملىك كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ قۇراشتۇرۇش ئەندىزىسىنى ئاشكارىلاشتىن تارتىپ ، ماكرو ئېلېكتر ئېنېرگىيىسى ، ئېلېكترون ۋە مۇھىت تېخنىكىسىدا يېڭىلىق يارىتىشنى ئىلگىرى سۈرۈشكىچە. تەييارلىق جەريانىنى ئەلالاشتۇرۇش (خىمىيىلىك ھور چۆكمىسى (CVD) ئارقىلىق چوڭ - رايون گرافت قەغىزىنىڭ بىۋاسىتە ئۆسۈشى) ۋە ئىقتىدار لايىھىسىنىڭ ئىلگىرىلىشىگە ئەگىشىپ (ئازوت ياكى بور ئاتوملىرى بىلەن ئېلېكترونلۇق قۇرۇلمىنى تەڭشەش دېگەندەك) ، گرافت قەغىزىنىڭ قوللىنىش دائىرىسىنى داۋاملىق كېڭەيتىپ ، تۆتىنچى سانائەت ئىنقىلابىنى قوللايدىغان مۇھىم ماتېرىياللارنىڭ بىرىگە ئايلىنىشىدىن ئۈمىد بار.
