Graphène silicium

Types de silicium graphène

Le silicium graphène est un mélange de deux matériaux, le graphène et le silicium. Il existe des types de graphène qui ont des utilisations différentes.

• Oxyde de graphène (GO)

  L'oxyde de graphène (GO) est obtenu en oxydant le graphène dans de l'acide sulfurique et de l'acide phosphorique. Il possède des groupes fonctionnels comme des hydroxyles et des époxydes liés aux atomes de carbone. Le GO est un isolant à température ambiante, mais lorsqu'il est chauffé, il redevient du graphène. Il est un bon conducteur d'électricité et peut absorber la lumière, il est donc utilisé dans la purification de l'eau, la fabrication de capteurs et l'administration de médicaments dans le domaine médical.

• Oxyde de graphène réduit (rGO)

  L'oxyde de graphène réduit (rGO) est produit lorsque la chaleur ou les produits chimiques éliminent l'oxydation de l'oxyde de graphène. Cette restauration confère au rGO les propriétés du graphène, il peut donc conduire l'électricité et être utilisé comme catalyseur dans les piles à combustible.

• Nanoplaquettes de graphène (GNP)

  Les nanoplaquettes de graphène (GNP) sont des particules solides constituées de fines couches de graphène empilées les unes sur les autres. Elles sont connues pour leur résistance, leur conductivité et leur légèreté. Les GNP sont utilisées dans les plastiques renforcés, les lubrifiants et les revêtements.

• Graphène liquide

  Le graphène liquide est obtenu en décomposant l'oxyde de graphène dans un solvant, ce qui crée une suspension colloïdale. Ce liquide contient de minuscules particules de graphène. Le graphène liquide peut être utilisé pour créer des revêtements conducteurs et pour renforcer les plastiques et le béton.

Fonction et caractéristiques du silicium graphène

• Efficacité et longévité de la batterie :

  Le graphène dans une batterie au lithium est important car il peut accélérer les processus de charge et de décharge. Lorsqu'il y a du graphène dans la batterie, les ions lithium peuvent se déplacer plus rapidement dans et hors du matériau de la batterie, ce qui permet aux batteries de se charger et de se décharger plus rapidement. Les batteries avec du graphène se chargent également lorsqu'elles sont chaudes, ce qui est utile pour les voitures électriques qui doivent se charger rapidement et peuvent parfois chauffer. Les batteries avec du graphène peuvent également durer plus longtemps. L'ajout de graphène réduit l'adhérence des ions lithium à la surface du matériau de la batterie, ce qui provoque une diminution plus lente de la capacité de la batterie au fil du temps. Cela signifie que les batteries avec du graphène ne perdront pas leur capacité à retenir la charge aussi rapidement, ce qui les rendra efficaces pendant des périodes plus longues.

• Conductivité :

  Le graphène possède des propriétés de conductivité électrique remarquables, ce qui signifie qu'il peut conduire l'électricité très bien. Cela est dû au fait qu'à l'intérieur de la structure hexagonale des atomes de carbone du graphène se trouve un réseau robuste de liaisons covalentes. Ces liaisons stables maintiennent les atomes de carbone étroitement liés, ce qui donne un matériau aux qualités de conductivité uniques. Par conséquent, en raison de ses qualités transférables et de sa nature hautement conductrice, le graphène peut être utilisé dans de nombreuses applications électroniques telles que les transistors à effet de champ, les composites de polymères conducteurs et les capteurs électrochimiques.

• Gestion thermique :

  Outre sa conductivité électrique, le graphène possède également d'excellentes propriétés de conductivité thermique, ce qui signifie qu'il peut conduire la chaleur très bien. Ceci, associé à ses caractéristiques de légèreté et de haute résistance, en fait un matériau très utile pour les applications de gestion thermique. Par exemple, il peut être utilisé dans les matériaux adhésifs thermiquement conducteurs, les matériaux d'interface thermique flexibles et les produits de dissipateur thermique. De plus, l'intégration du graphène dans les matériaux de mousse polyoléfine et polyuréthane standard contribue à réduire la température globale d'une structure en dissipant la chaleur plus rapidement, ce qui prolonge la durée de vie des équipements et des machines.

• Production et stockage d'hydrogène :

  Le graphène peut également être bénéfique pour la production et le stockage d'hydrogène. Cela signifie que l'hydrogène est le carburant du futur. Lorsqu'il est combiné à des piles à combustible, il peut produire une énergie plus propre que les voitures à essence et les voitures électriques. Une façon dont le graphène peut aider est de fabriquer des membranes qui peuvent séparer l'hydrogène des autres gaz. Lorsque l'hydrogène est séparé, il peut être utilisé dans les piles à combustible pour alimenter les voitures et autres choses. Les membranes faites avec du graphène sont excellentes car elles permettent à l'hydrogène de passer rapidement, ce qui contribue à rendre les piles à combustible plus efficaces. Le graphène peut également être utilisé pour stocker l'hydrogène. Ainsi, lorsque l'hydrogène est nécessaire pour produire de l'énergie, il peut être stocké efficacement dans un récipient. Le graphène est bénéfique pour cela car il peut contenir plus de gaz hydrogène dans un espace plus réduit. Cela facilite l'utilisation de l'hydrogène comme source de carburant. L'utilisation du graphène contribue à rendre la production d'hydrogène plus efficace et améliore la façon dont l'hydrogène peut être stocké. Ainsi, lorsque l'hydrogène est nécessaire pour l'énergie, il peut être obtenu plus efficacement, ce qui garantit que les voitures à pile à combustible utilisant de l'hydrogène alimenté par des membranes faites avec du graphène peuvent démarrer rapidement.

• Additif polyvalent :

  Le graphène a de nombreuses façons d'améliorer les produits et de les rendre plus performants. Le graphène peut améliorer divers matériaux, comme rendre les pneus en caoutchouc plus résistants ou permettre au plastique et au métal de mieux conduire l'électricité lorsqu'on utilise du graphène. Les pneus en caoutchouc sont plus durables car les parois des pneus ne s'usent pas aussi rapidement. Cela permet aux pneus de rester en bon état pendant une période plus longue, ce qui réduit le nombre de pneus usés qui doivent être jetés. De plus, en permettant au plastique et au métal de conduire l'électricité, l'utilisation du graphène rend des objets comme les fils et les boîtiers de batterie plus avantageux. Les fils fabriqués avec du graphène transportent les charges électriques plus rapidement, ce qui permet aux batteries d'alimenter les choses plus longtemps avant de devoir être rechargées. Les diverses façons dont le graphène améliore les produits le rendent très précieux. Il contribue à améliorer le fonctionnement des produits tout en prolongeant leur durabilité. En permettant à certains matériaux de conduire l'électricité et en améliorant la résistance des pneus en caoutchouc, le graphène signifie également que moins d'énergie et de ressources seront nécessaires pour l'avenir.

Utilisations du silicium graphène

Le silicium-graphène a un large éventail d'applications dans diverses industries. Voici quelques-unes des applications dans lesquelles le silicium graphène est utilisé :

• Semi-conducteurs : Les plaquettes de silicium sont essentielles dans la fabrication des semi-conducteurs. Les matériaux silicium-graphène sont utilisés pour fabriquer des dispositifs semi-conducteurs tels que des transistors, des diodes et des circuits intégrés à base de silicium-graphène, qui servent de blocs de construction fondamentaux des systèmes électroniques et permettent au silicium-graphène d'avoir des performances électroniques améliorées et une consommation d'énergie réduite.
• Cellules solaires : La cellule solaire silicium-graphène joue un rôle important dans la production de cellules solaires. Les matériaux silicium-graphène sont utilisés pour fabriquer des cellules solaires à base de silicium-graphène, qui convertissent la lumière du soleil en électricité pour la production d'énergie renouvelable, ce qui augmente l'efficacité de la conversion d'énergie et minimise les coûts liés à l'énergie solaire.
• Production de batteries : Les batteries silicium-graphène sont utilisées dans la production de batteries. Les matériaux silicium-graphène sont utilisés pour construire les anodes des batteries lithium-ion, ce qui se traduit par des densités énergétiques plus élevées, des capacités de charge plus rapides et des performances améliorées des batteries pour les véhicules électriques et les appareils électroniques portables à base de silicium-graphène.
• LED et lasers : Le silicium graphène est utilisé pour fabriquer des dispositifs optoélectroniques tels que des LED et des diodes laser. Les matériaux silicium-graphène aux propriétés semi-conductrices sont utilisés dans la fabrication de diodes électroluminescentes (LED) et de diodes laser qui émettent de la lumière à différentes longueurs d'onde pour les applications d'affichage, d'éclairage et de télécommunications.
• Capteurs : Les capteurs silicium-graphène jouent un rôle clé dans la production de capteurs. Les matériaux silicium-graphène sont utilisés pour fabriquer des capteurs capables de détecter des gaz, des produits chimiques, des températures, des pressions et des forces/la parole, entre autres. Ces capteurs contribuent à la surveillance des conditions environnementales, des procédés industriels et des paramètres de santé en raison de leur sensibilité accrue et de leur vitesse de réponse accélérée.
• Emballage électronique : Le silicium graphène est utilisé dans l'emballage électronique, où les matériaux composites graphène-silicium à bonne conductivité thermique sont utilisés dans l'emballage des dispositifs électroniques pour dissiper efficacement la chaleur et éviter la surchauffe.
• Revêtements anticorrosion : Les matériaux revêtus de silicium-graphène sont utilisés pour fabriquer des revêtements anticorrosion, offrant une protection accrue contre l'oxydation et la corrosion des surfaces métalliques grâce à leurs propriétés de barrière supérieures et à leur résistance à l'adhésion.
• Applications biomédicales : Les matériaux silicium-graphène sont utilisés dans la production de systèmes d'administration de médicaments, d'agents de contraste d'imagerie biologique, de biosenseurs et d'échafaudages d'ingénierie tissulaire pour une administration de médicaments améliorée, une imagerie biologique accrue, un diagnostic efficace et une régénération des tissus grâce à leur biocompatibilité, leur conductivité et leur fonctionnalité.
• Transistors à couches minces : Le silicium graphène peut être utilisé pour produire des transistors à couches minces (TFT) pour les applications d'affichage telles que les écrans LCD et LED. Les matériaux silicium-graphène sont utilisés pour fabriquer des TFT, qui servent d'éléments de commutation dans les écrans plats pour des performances et une fiabilité améliorées.
• Photodétecteurs : Le silicium graphène peut être utilisé pour fabriquer des photodétecteurs, qui sont des dispositifs qui détectent et mesurent la lumière. Les photodétecteurs fabriqués avec du silicium-graphène ont un temps de réponse rapide et sont sensibles à une large gamme de longueurs d'onde de la lumière (de l'ultraviolet aux térahertz). Cela les rend applicables dans des domaines tels que les communications optiques, les systèmes de sécurité et la surveillance environnementale.

Comment choisir le silicium graphène

Les clients qui hésitent entre acheter du silicium graphène ou s'en tenir au silicium existant doivent choisir le type et la fonction qui correspondent le mieux à leurs besoins. De nombreux fabricants de batteries évaluent le marché des batteries à base de graphène. S'ils sont plus confiants dans la capacité des batteries à anode de silicium, qui sont améliorées par le graphène, ils peuvent acheter ces batteries dès maintenant.

Lors de la sélection des batteries à acheter pour la vente au détail, les propriétaires de magasins doivent déterminer les types de batteries que les clients souhaiteront utiliser dans leurs systèmes électroniques. Ils peuvent choisir entre des batteries en silicium pur ou en silicium et graphène. Il sera essentiel de disposer de batteries compatibles avec les systèmes électroniques qui utilisent des batteries lithium-ion afin de garantir que les clients sont satisfaits et n'achètent pas de batteries incompatibles avec leurs produits.

Les détaillants peuvent également inciter les fabricants à fournir des informations sur la durée de vie de la batterie, le temps de charge et la compatibilité du produit. Ils peuvent demander aux fournisseurs d'expliquer les avantages de chaque type de batterie afin de déterminer lesquels garder en stock. Les grossistes peuvent conseiller aux fabricants de fournir des batteries qui peuvent être chargées et utilisables avec moins de temps à intervalles réguliers. Ils doivent stocker des batteries ayant des périodes de charge plus courtes afin que les utilisateurs finaux puissent les obtenir dans un délai plus court.

Les acheteurs en gros doivent également être conscients de la taille et de la capacité de la batterie afin de s'assurer qu'ils achètent des batteries ayant une puissance adéquate et compatibles avec d'autres produits électroniques. Ils devront connaître la capacité ou la taille de la batterie avant de passer une commande en gros.

Ils peuvent également choisir des batteries dotées de mesures de sécurité améliorées afin de réduire le risque de problèmes de surchauffe ou de courts-circuits pour les clients. Les acheteurs doivent également examiner différents types de batteries et faire des recherches pour s'assurer qu'ils sélectionnent celles qui offrent des performances et une efficacité exceptionnelles.

Questions-réponses sur le silicium graphène

Q1 : Le silicium graphène est-il une meilleure batterie ?

R1 : Les batteries fabriquées avec du silicium et du graphène peuvent se charger plus rapidement, durer plus longtemps et être meilleures pour la planète. Ce sont les batteries du futur !

Q2 : Le graphène est-il meilleur que le silicium dans les batteries ?

R2 : Les batteries au graphène se chargent plus rapidement et durent plus longtemps que les batteries lithium-ion classiques.

Q3 : Le silicium graphène conduit-il l'électricité ?

R3 : Le graphène peut aider le silicium à mieux conduire l'électricité dans les batteries.

Q4 : Le silicium graphène retient-il la chaleur ?

R4 : Le graphène peut aider les batteries au silicium à rester au chaud, ce qui est important dans les endroits plus froids.

Q5 : Quels sont les défis des batteries silicium-graphène ?

R5 : Les principaux défis des batteries silicium-graphène sont leur coût de production relativement élevé, ce qui constitue un obstacle à la commercialisation à grande échelle, et la nécessité de poursuivre la recherche et le développement pour optimiser les performances des anodes et des électrolytes silicium-graphène pour diverses conditions spécifiques à l'application.

Q6 : Quel est l'avenir des batteries graphène-silicium ?

R6 : Bien que les batteries graphène-silicium soient très prometteuses, leur avenir dépendra des progrès continus de la technologie des batteries et du développement de technologies concurrentes adéquates.