Welt Der Technik

40 Wege, wie Graphen Ihr Leben verändern wird

Das Huawei Mate 20 X hat in seinem „super coolen System“ eine Graphenschicht. Bildnachweis: Huawei(Bildnachweis: Huawei)

Die aufstrebende Graphenindustrie hat sich lange gefragt, warum große Technologiefirmen ihr „Wundermaterial“ nicht regelmäßig kommerzialisiert haben, daher ist die Aufnahme in das Huawei Mate 20 X eine ziemlich große Neuigkeit.



Details zur Verwendung von Graphen im „super coolen System“ dieses 7,2-Zoll-Telefons sind jedoch spärlich.

Wir wissen nur, dass ein Graphenfilm (der dank seiner Struktur hervorragend Wärme ableitet) in Verbindung mit einer Dampfkammer verwendet wird, um das Mate 20 X kühl zu halten, auch wenn CPU und GPU an ihre Grenzen getrieben werden.

Das kann viel passieren, denn sein massiver Bildschirm, der 7-nm-Kirin-980-Chipsatz, 6 GB RAM und der 5.000-mAh-Akku machen das Huawei Mate 20 X zu einem Telefon, das wahrscheinlich für intensives Gaming verwendet wird.

Graphen-Nanoelektronik

Ein Forscherteam aus Dänemark erforscht Graphen-Nanoelektronik. Bildnachweis: Carl Otto Moesgaard(Bildnachweis: Carl Otto Moesgaard)

Ultradünnes und 2D-Graphen leitet elektrischen Strom wie nichts anderes, was theoretisch viel schnellere und energieeffizientere Formen der Elektronik bedeuten sollte. Was sie zurückgehalten hat, ist das Bandlückenproblem; wie man einen Graphentransistor konstruiert, der zuverlässig ein- und ausschaltet.

Forscher bei DTU Physik in Dänemark habe mir ein neues ausgedacht Nanolithographie -betriebene „Sandwich“-Technik, die Graphen in nanoskalige Dimensionen bringt, ohne seine elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.

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Die Tatsache, dass wir die elektronischen Eigenschaften von Graphen maßschneidern können, ist ein großer Schritt in Richtung neuer Elektronik mit extrem kleinen Abmessungen, sagt der Forscher Peter Bøggild.

Graphen 'Fitnesspflaster'

Dieses Fitnesspflaster misst Herzfrequenz, Flüssigkeitszufuhr und Atemfrequenz. Bildnachweis: ICFO(Bildnachweis: ICFO)

Da es flexibel und extrem empfindlich gegenüber Veränderungen von Hitze und Licht ist, hat Graphen eine große Zukunft in tragbaren Geräten. Dieses 'transdermale Fitnesspflaster' von der ICFO in Barcelona macht alles was du hast Fitbit tun kann und mehr, aber in Form eines Aufklebepflasters.

Es misst Herzfrequenz, Flüssigkeitszufuhr und Atemfrequenz mit verbesserter Genauigkeit und weniger Stromverbrauch als aktuelle Fitnessbänder und passt sich jedem Untergrund an.

Dies ist im Moment leider noch nur ein Prototyp, aber die ICFO glaubt, dass es sich leicht mit Ihrem Smartphone verbinden und Sie warnen könnte, wenn Sie ein wenig dehydriert sind ... weil wir so beschäftigt sind, auf unsere Telefone zu schauen, dass wir Ich habe vergessen zu merken, wann wir durstig sind.

Kontaktlose Graphen-Karten

Graphen-NFC-Antennen könnten Plastikkartengeschichte schreiben. Bildnachweis: CNR(Bildnachweis: CNR)

Einwegplastik ist nicht die Zukunft, aber in der Gegenwart ist es überall. Hotelschlüsselkarten (und kontaktlose Bankkarten) bestehen derzeit aus Kunststoff mit einem NFC Antenne im Inneren, die seltene Metalle verwendet.

Wenn Sie jedoch diese NFC-Antenne aus Graphen herstellen – einem Material, das nichts anderes als Kohlenstoff ist, das auf dem Planeten Erde reichlich vorhanden ist – und mit Graphentinte auf Recyclingpapier gedruckt wird, bedeutet das viel weniger Abfall.

Sowie elektronische Schlüssel für Hotels, die von Italiens CNR , die gleiche Technologie könnte auch nachhaltig produzierte Bordkarten, Konzertarmbänder, Bahntickets und vieles mehr bedeuten… mit NFC als Bonus darin eingebettet.

Graphenzement

Graphenzement macht Stromkabel überflüssig. Bildnachweis: Italcementi(Bildnachweis: Italcementi)

Wie wäre es mit einem Haus ohne (teures) Kupfer und Drähte? Eines der beliebtesten Displays beim Graphene Pavilion des Mobile World Congress 2019 war Italcementi's „leitfähiger Zement“.

Das Graphen im Inneren macht es leitfähig, sodass keine Stromkabel in die Wände getunnelt werden müssen. Aber es gibt noch eine andere, versteckte Verwendung: Kühlung.

In heißen Ländern wird das Haus durch eine Wand, die die Wärme leicht ableitet, automatisch kühler, ohne dass eine teure Klimaanlage erforderlich ist. Mit Graphen angereicherter Zement könnte auch integrierte leitfähige Graphenstreifen für die Beleuchtung und Fußbodenheizung im ganzen Haus bedeuten.

MediaDevil Artisanphonics CB-01 Nanene-Ohrhörer

Graphen gibt Ihnen einen besseren Bass. Bildnachweis: MediaDevil / Versarien(Bildnachweis: MediaDevil / Versarien)

Wenn Sie ein Ohr voll Graphen haben möchten, können Sie das jetzt zu einem günstigen Preis bekommen. Im Angebot von MediaDevil . aus London sind die Nanene 'Enhanced Audio'-Ohrhörer, die von Versarien hergestellt werden.

Die Membranmembran in jedem Ohrhörer besteht aus Graphen, ist also viel dünner und hat dennoch die gleiche Festigkeit und Haltbarkeit wie eine normale Membran.

Da es jedoch flexibel ist, lässt es sich besser steuern, wodurch Höhen und Bässe verbessert werden. Sie sind iOS- und Android-kompatibel.

Graphen-Brettspiele

Graphen macht jede Oberfläche berührungsempfindlich und kann aufleuchten. Bildnachweis: Novalia / University of Cambridge(Bildnachweis: Novalia/Universität Cambridge)

Wie wäre es mit einem Monopoly-Spiel… mit Lichtern? Mit elektrolumineszenten Tinten, die dank Graphen Licht machen, Novalia und die University of Cambridge haben ein Demonstrationsbrettspiel namens „Homeward Bound“ entwickelt, das integrierte Touchpanels, leuchtende Würfel und mehrsprachige „Chancen“-Karten hat.

Es wird nicht verkauft, aber es unterstreicht die Tatsache, dass Graphentinten auf Karton, Holz, Papier (oder alles andere) gedruckt werden können, um intelligente Oberflächen zu schaffen.

Graphen-Gasdetektoren und „Luftschnüffler“

Elektrolumineszierende Tinten können Feuchtigkeit und Gase erkennen. Bildnachweis: ICN2(Bildnachweis: ICN2)

Elektrolumineszierende Tinten auf Graphenbasis wurden von der ICN2 (das katalanische Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie) als Gasdetektoren arbeiten.

Der Prototyp des ICN2 ist ein siebgedrucktes Elektrolumineszenz-Display, das alles von Feuchtigkeit bis hin zu giftigen Gasen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid oder Stickoxid erkennen kann.

Wenn der Graphensensor im Inneren auf Änderungen der Luftzusammensetzung reagiert, wird er leitfähig und ein Licht leuchtet auf, dessen Intensität je nach detektierter Gasmenge variiert.

Die Universität Tartu in Estland hat auch den Graphene Air Sniffer (GAS) entwickelt, der über Miniatursensoren auf Graphenbasis verfügt, die sehr geringe Schadstoffkonzentrationen in der Luft erkennen können.

Graphen-„Supercaps“ für Handys

Supercaps können mit sehr hoher Geschwindigkeit geladen und entladen werden. Bildnachweis: Thales/M-SOLV(Bildnachweis: Thales/M-SOLV)

Da Graphen Elektrizität so perfekt leitet, kann es verwendet werden, um ultraschnell ladende Batterien herzustellen, die Ströme mit Raten verarbeiten können, die Dutzende Mal höher sind als die von Lithiumbatterien.

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Superkondensatoren oder „Supercaps“ sind Speichergeräte, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit laden und entladen können, und der Luft- und Raumfahrtriese hat fünf Jahre lang an der Zugabe von Graphen gearbeitet Thales und M-SOLV .

Eine neue Sprühbeschichtungstechnik hat es den Forschern ermöglicht, die Leistung von Superkondensatoren um das Fünffache zu steigern. Erwarten Sie die Produkteinführung Ende 2019.

Intelligente Kleidung aus Graphen

Erwarten Sie immer mehr mit Graphen betriebene E-Textilien. Bildnachweis: VTT(Bildnachweis: VTT)

Denken Sie, dass die Wearables-Ära Fitbits und die Apple Watch 4 bedeutet? Wenn diese sperrigen Geräte die erste Welle von Wearables sind, wird die zweite vielleicht „Smart Wear“ mit Graphen sein.

Da Graphen-Tinten auf flexible Oberflächen wie Plastikfolien, Papier und Stoffe gedruckt werden können, ist es möglich, auf Graphen basierende, elektrisch leitfähige Kleidung wie dieses Touch Interface T-Shirt aus dem VTT Technisches Forschungszentrum von Finnland .

Die gedruckte Graphen-Schaltung, die als kapazitive berührungsempfindliche Elektroden arbeitet, befindet sich im Inneren des T-Shirts und die Knöpfe befinden sich auf der Außenseite. In Verbindung mit einem Telefon oder Fernseher über Bluetooth bedeutet dies, dass Sie Ihr Telefon beantworten können, indem Sie auf Ihre Kleidung tippen.

Es könnte auch Soldaten, Feuerwehrleuten, Skifahrern und anderen Sportlern ermöglichen, unterwegs ans Telefon zu gehen, sowie älteren Menschen die Kontaktaufnahme mit den Rettungsdiensten erleichtern.

Graphen-Patch mit UV-Tracking

Dieses Graphenpflaster misst UV-Licht auf der Haut. Bildnachweis: Jamie Carter

UV-Schutzkleidung, die einen Bruchteil der schädlichen Sonnenstrahlen auf Ihre Haut durchlässt, ist mittlerweile üblich, aber was wäre, wenn Ihre Kleidung Ihnen tatsächlich sagen könnte, wann Ihre Haut genug UV-Strahlung hatte? Das ist die Idee hinter diesem ultradünnen und flexiblen Sensor.

„Sie kleben es direkt auf Ihre Haut, auf Ihre Badehose oder es könnte in die Kleidung integriert werden“, sagt Professor Frank Koppens vom ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcelona. 'Es misst den UV-Index und sendet einen Alarm an Ihr Telefon, wenn Sie die Sonne verlassen müssen.' Dieser Patch wird derzeit miniaturisiert und wird in Zukunft noch kleiner und vollständig transparent sein.

Intelligente Einlagenüberwachung für Sportler

Graphenschaum in einer Einlegesohle reagiert auf Druckschwankungen. Bildnachweis: Jamie Carter

Graphene macht auch bei Smart Footwear große Fortschritte. Socken und Einlagen mit Echtzeit-Drucksensor sind nicht neu, aber meistens sind in solchen Produkten nur wenige Drucksensoren eingebaut. Dieser Prototyp hat weit über 100. Der leichte, in Graphen eingebettete Schaumstoff kann genau messen, wo Ihre Füße auf die Sohle auftreffen, und reagiert auf Druckschwankungen – und das auf exaktem Milligramm-Niveau.

'Ich kann eine qualitative Zahl darüber erhalten, wie viel jeder Punkt meines Fußes auf die Sohle ausübt, und den Schuhdruck darstellen, alles in einer Smartphone-App', sagt Yarjan Abdul Samad vom Cambridge Graphene Centre der University of Cambridge.

Coole Graphenschuhe

Schuhe aus Graphen verbannen heiße, stinkende Füße. Bildnachweis: Jamie Carter

Graphen hat eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, also wo könnte man es besser aufbewahren als an einem heißen, stinkenden Ort? In diesem vom Istituto Italiano di Tecnologia, BeDimensional und dem toskanischen Schuhmacher Fadel entwickelten Prototyp eines Graphenschuhs werden Polyurethan-Flocken Graphene zugesetzt. Das Endergebnis ist ein Schuh, der 50 % mehr Wärme ableitet, als wenn der Schuh nur aus Polyurethan besteht.

Dies ist eine großartige Möglichkeit, den Wert von Graphen im Herstellungsprozess zu verstehen. es ist in der Regel eine Ergänzung und kein Ersatz für vorhandene Materialien. Noch erstaunlicher ist, dass diese Graphenschuhe nur 1% Graphen enthalten.

Die effizienteste Solarzelle der Welt

Graphen wurde verwendet, um die bisher effizienteste Solarzelle herzustellen. Bildnachweis: Graphen-Flaggschiff

Könnte Graphen uns helfen, Sonnenenergie effizienter zu nutzen? Die ersten Anzeichen sind gut, da das Istituto Italiano di Tecnologia Graphen verwendet, um große Solarzellen aus Perowskit (anorganischen Kristallen) herzustellen.

Das Graphen wird verwendet, um den Wirkungsgrad und die Stabilität der Solarzelle zu erhöhen, sagte Beatriz Martín-García vom IIT, die gegenüber ArmenianReporter sagte, dass das Graphen zwar nicht so lange hält wie eine Solarzelle aus Silizium, aber -infundierte Version ist bereits viermal billiger in der Herstellung. Das ist ein ebenso wichtiger Faktor für die potenzielle Wirkung von Graphen wie seine „magischen“ Eigenschaften.

Graphen-Gehirn-Computer-Schnittstellen

Flexible Graphen-Schaltungen können über das menschliche Gehirn gelegt werden. Bildnachweis: Valdek Laur (EU2017EE) / Graphen-Flaggschiff

Die Flexibilität von Graphen bedeutet, dass es in Gehirnimplantaten verwendet werden kann, die Gehirnsignale auf der Oberfläche des Gehirns aufzeichnen und stimulieren. 'Graphen ermöglicht eine neue Generation weniger invasiver neuraler Implantate', sagt Professor Dr. Jose A Garrido, ICREA-Forschungsprofessor am ICN2.

'Es lässt sich leicht in flexible Substrate integrieren, hat ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis, behält also ein sehr hochwertiges elektrisches Signal und minimiert auch den Kabelverbrauch.'

Garridos Arbeit am ICN2 Speech Center Stimulation und BrainCom konzentriert sich darauf, Patienten mit schweren Sprachbehinderungen (wie Schlaganfällen und Motoneuronerkrankungen) einen Kommunikationsweg zu bieten, indem die Region des Gehirns kartiert wird, die mit der Aussprache der Sprache korreliert.

Graphen-Kryokühler-Kompressor für 5G

Graphenschichten ermöglichen diese kompakte Basisstation für 5G. Bildnachweis: Jamie Carter

Mobilfunkantennen und -empfänger müssen mit zunehmendem Datendurchsatz immer mehr gekühlt werden, sonst überhitzen sie. Der massive Anstieg des Datendurchsatzes, der in 5G-Basisstationen erforderlich ist, ist daher für die Telekommunikationsbranche ein Rätsel. Verwenden Sie diese miniaturisierte Kühlpumpe, um elektronische Systeme auf kryogene Temperaturen herunterzufahren.

„Wir haben einen kleinen Kompressor auf Graphenbasis entwickelt, der etwa ein Zehntel der Größe von anderen Materialien hat“, erklärt Lars Lundgren von APR Technologies AB, Schweden. Ohne bewegliche Teile und mit Graphen in jeder zweiten Schicht erzeugt es den Druck, der benötigt wird, um Basisstationen auf etwa -150 Grad Celsius abzukühlen, das 5G-Signal bleibt stabil. Ericsson und Nokia sind beteiligt.

Graphen-Infektionsdetektoren

Graphen wird verwendet, um Blutproben in 10 Minuten zu analysieren. Bildnachweis: Jamie Carter

Die erstmals im März 2014 gemeldete Ebola-Epidemie in Westafrika tötete über 11.000 Menschen in Liberia, Guinea, Sierra Leone, Nigeria, Mali und den USA. Wie stoppen wir also den nächsten? Graphen-Photodetektoren, so geht's.

Das Problem während eines Ausbruchs besteht darin, dass Bluttests Tage dauern und Menschen an Orten wie Flughäfen und Innenstädten sofort getestet werden müssen. Diese vom KTH Royal Institute of Technology in Schweden für die Arbeit mit einem winzigen Blutstropfen entwickelte Sensorplattform basiert auf Silizium-Photonik und Graphen-Photodetektoren, die bestimmte Molekülpaare im Infrarotspektrum finden. Es identifiziert im Wesentlichen den molekularen Fingerabdruck einer bestimmten Krankheit.

Das ist in Labors bereits möglich, aber Graphen macht es mobil und sehr kostengünstig, weil es die gleichen Siliziumchip-Produktionsverfahren verwendet, die bereits für Smartphone-Chips verwendet werden. Der Detektor wird an einem Smartphone befestigt und bestätigt innerhalb von 10 Minuten, ob jemand eine Krankheit hat.

Graphen-Kopfhörer

Funktionieren Xiaomi-Telefone in den USA?

Die Mi Pro HD-Kopfhörer von Xiaomi enthalten Graphen. Bildnachweis: Xiaomi

Obwohl Graphen an der University of Manchester entdeckt wurde, hat sich die Erforschung seiner potenziellen Verwendungen weltweit verbreitet, wobei wissenschaftliche Labors in China mehr Patente angemeldet haben als in jedem anderen Land. Daher ist es vielleicht nicht verwunderlich, dass eine der führenden Unterhaltungselektronikmarken Chinas zu den ersten gehört, die Graphen in ihren Produkten einsetzt. Xiaomis Mi Pro HD-Ohrhörer sind nur das neueste Produkt mit Graphen, obwohl seine genaue Rolle unklar ist.

Alles, was Xiaomi sagen wird, ist, dass es einen '25-Schritte-Prozess' mit Graphen-Doppelmembran enthält, 'um die reichen Details zu erhalten und die tiefen Töne weich zu halten'. Die Graphenmembran ist „bei hohen Frequenzen duktiler, erzeugt satte, scharfe und kristallklare Klänge“ und „leitet 100 % der durch sie geleiteten elektrischen Signale“. Xiaomi verkauft auch den A10 Ultradünner PMA Graphene Smart Therapy Belt, der mit Graphen angereichertes Gewebe verwendet.

Graphen-Ebenen

In der Luftfahrt ist Gewicht alles und das bedeutet enorme Treibstoffkosten. Die meisten Passagierfluggesellschaften transportieren nicht nur genug Treibstoff, um das Gewicht des Flugzeugs und der Passagiere, sondern auch das Gewicht des Treibstoffs selbst zu tragen. Es ist also keine Überraschung, dass die Leute mögen Sir Richard Branson denke, dass alle Flugzeuge innerhalb eines Jahrzehnts aus superleichtem Graphen gebaut werden.

Viel leichter und viel stärker als die derzeit verwendeten Kohlefaser-Verbundwerkstoffe hat Graphen die Aufmerksamkeit von Airbus auf sich gezogen, das Mitglied der Graphene Flagship-Forschungsgruppe ist, und hat letztes Jahr ein Symposium über Graphen-Innovationen veranstaltet.

Handyhüllen aus Graphen

NanoCase verwendet Graphen, um Wärme abzuleiten. Bildnachweis: NanoCase

Smartphone-Hüllen mit eingebauten Akkus für zusätzliches Aufladen haben sich einfach nicht durchgesetzt, aber das Problem, dass Telefonakkus schnell entladen werden, bleibt bestehen, insbesondere für Power-User. Stichwort NanoCase für das iPhone X, das iPhone 8/8 Plus und das iPhone 7/7 Plus, das eine Graphenplatte enthält, die überschüssige Wärme im Telefon schnell ableitet.

Dies verlängert die Akkulaufzeit eines Telefons um bis zu 20 %, behaupten die Hersteller von NanoCase. Es wird Ihnen jedoch nur helfen, wenn Sie der freundliche Telefonbenutzer sind, der sein Telefon so intensiv nutzt, dass es heiß wird. Spieler, aufgepasst.

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Jamie ist ein freiberuflicher Technologie-, Reise- und Weltraumjournalist mit Sitz in Großbritannien. Er schreibt seit seiner Einführung im Jahr 2008 regelmäßig für Techradar und schreibt auch regelmäßig für Forbes, The Telegraph, die South China Morning Post, Sky & Telescope und das Sky At Night Magazin sowie weitere Future-Titel T3, Digital Camera World, All Über Space und Space.com. Er bearbeitet auch zwei seiner eigenen Websites, TravGear.com und WhenIstTheNextEclipse.com die seine Besessenheit von Reiseausrüstung und Sonnenfinsternis-Reisen widerspiegeln. Er ist der Autor von Ein Sternenbeobachtungsprogramm für Anfänger (Springer, 2015),

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