Το Ακουστικό Εφέ του Γραφενίου Ενισχύει το Μέλλον της Φορητής Τεχνολογίας

Μόνο πριν από περίπου δύο δεκαετίες ανακαλύφθηκε το γραφένιο. Σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα, αυτό το «υπέρυπα υλικό» έχει γίνει αναπόσπαστο μέρος της ηλεκτρονικής και της τεχνολογίας ημιαγωγών, της αποθήκευσης ενέργειας, της θερμικής διαχείρισης, της επιστήμης υλικών και άλλων βιομηχανιών.

Από τη στιγμή που οι καθηγητές Κόστια Νοβοσέλοφ και Άντρε Γκέιμ από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ απομόνωσαν και χαρακτήρισαν το γραφένιο το 2004, για το οποίο έλαβαν το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2010, το υλικό παραμένει ένας από τους πιο συναρπαστικούς τομείς έρευνας στην ηλεκτρονική.

Το γραφένιο είναι ένα δισδιάστατο (2D) υλικό που αποτελείται από ένα εξαιρετικά λεπτό φύλλο με μόνο ένα στρώμα ατόμων άνθρακα. εμφανίζει αξιοσημείωτες ιδιότητες, όπως το ελαφρύ βάρος του, την πολύ υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ισχυρή μηχανική αντοχή.

Τώρα, οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει μια νέα ιδιότητα του γραφενίου χρησιμοποιώντας μια μοναδική μέθοδο.

Το Ακορντεόν Εφέ: Κάνοντας το Γραφένιο Πολύ Ευλύγιστο

Καθοδηγούμενη από τον Jani Kotakoski, η ομάδα φυσικών του Πανεπιστημίου της Βιέννης έκανε το γραφένιο, για πρώτη φορά, σημαντικά πιο ευλύγιστο παίζοντάς το όπως ένα ακορντεόν. Αυτή η νέα ιδιότητα αποκαλύφθηκε σε ένα καθαρό και χωρίς αέρα περιβάλλον μέτρησης.

Τα κυματιστά σχήματα στο γραφένιο το καθιστούν ευλύγιστο, ανοίγοντας το δρόμο για τη χρήση του σε φορητές συσκευές, όπου τα υλικά πρέπει να λυγίζουν και να κινείται με το σώμα ενώ παραμένουν αξιόπιστα.

Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review Letters¹, η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης και χρηματοδοτήθηκε από το Αυστριακό Ίδρυμα Επιστημών (FWF).

Η ομάδα ερευνητών πραγματοποίησε πειράματα που στην πραγματικότητα διευκρίνισαν ότι η εξαιρετική ακαμψία του γραφενίου οφείλεται στα άτομα του υλικού που είναι διατεταγμένα σε σχήμα κυψέλης· ως εκ τούτου, η αφαίρεση ορισμένων ατόμων μαζί με τους δεσμούς τους μειώνει την ακαμψία του.

Οι επιστημονικές μελέτες έχουν στην πραγματικότητα αναφέρει αντιφάσεις· τόσο μια ελαφρά μείωση όσο και μια σημαντική αύξηση.

Η πιο πρόσφατη μελέτη το έκανε πολύ σαφές χάρη στη χρήση προηγμένων συσκευών, οι οποίες μοιράζονταν το ίδιο καθαρό και χωρίς αέρα περιβάλλον. Σύμφωνα με τον Katokoshi:

«Αυτό το μοναδικό σύστημα που έχουμε αναπτύξει στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης μας επιτρέπει να εξετάζουμε 2D υλικά χωρίς παρεμβολές.»

Το καθαρό, χωρίς αέρα περιβάλλον επιτρέπει τη μεταφορά των δειγμάτων μεταξύ των διαφορετικών συσκευών χωρίς να εκτίθενται στον ατμοσφαιρικό αέρα.

«Για πρώτη φορά, αυτό το είδος πειράματος πραγματοποιήθηκε με το γραφένιο πλήρως απομονωμένο από τον ατμοσφαιρικό αέρα και τα ξένα σωματίδια που περιέχει. Χωρίς αυτή τη διαχωριστική διαδικασία, αυτά τα σωματίδια θα κατακρούσαν γρήγορα στην επιφάνεια, επηρεάζοντας τη διαδικασία του πειράματος και τις μετρήσεις.»

– Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Wael Joudi

Αυτή η εστίαση στην καθαρότητα της επιφάνειας του υλικού οδήγησε στην αποκάλυψη του ακορντεόν εφέ σε σχέση με την ακαμψία του γραφενίου.

Η αφαίρεση δύο γειτονικών ατόμων προκαλεί ήδη μια εμφανή εξώθηση του αρχικά επίπεδου υλικού. Πολλές από αυτές τις εξώθησεις μαζί οδηγούν σε κυρτότητα του υλικού.

«Μπορείτε να το φανταστείτε σαν ένα ακορντεόν. Όταν τεντώνεται, το κυματιστό υλικό πλέον ισοπεδώνεται, κάτι που απαιτεί πολύ λιγότερη δύναμη από το τέντωμα του επίπεδου υλικού και έτσι γίνεται πιο ευλύγιστο.»

– Joudi

Ο σχηματισμός κυμάτων και η επακόλουθη ευλυγισία επιβεβαιώθηκαν από τις προσομοιώσεις που διεξήγαγαν οι Florian Libisch και Rika Saskia Windisch, θεωρητικοί φυσικοί από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης.

Η μελέτη ανέφερε ότι η αντίσταση του υλικού στην ελαστική παραμόρφωση μειώθηκε από 286 σε 158 N/m. Η μείωση είναι «σημαντικά μεγαλύτερη» από ό,τι προβλέπεται από τις περισσότερες μελέτες, αλλά και σε αντίθεση με ορισμένες μετρήσεις που παρουσιάστηκαν, κάτι που οφείλεται στις κυρτώσεις που παράγονται από τοπική τάση σε κενά με τουλάχιστον δύο ελλείποντα άτομα.

Τα πειράματα που πραγματοποίησε η ομάδα έδειξαν περαιτέρω ότι «το αντίστροφο φαινόμενο μπορεί να μετρηθεί όταν η επιφανειακή μόλυνση δεν αφαιρεθεί πριν από τη μηχανική ελαττωμάτων».

Έτσι, τα ξένα σωματίδια στην επιφάνεια του υλικού στην πραγματικότητα καταστέλλουν αυτό το φαινόμενο και δημιουργούν ακόμη και αντίθετο αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα, η επίδραση αυτών των σωματιδίων έκανε το γραφένιο να φαίνεται ακόμη πιο άκαμπτο, κάτι που εξηγεί τις αντιφάσεις που ανέφεραν προηγούμενα πειράματα. Σύμφωνα με τον Joudi:

«Αυτό δείχνει τη σημασία του περιβάλλοντος μέτρησης όταν ασχολούμαστε με 2D υλικά. Τα αποτελέσματα ανοίγουν ένα δρόμο για τη ρύθμιση της ακαμψίας του γραφενίου και έτσι ανοίγουν το δρόμο για πιθανές εφαρμογές.»

Διασπώντας τα Όρια του Γραφενίου με Πρωτοποριακές Ανακαλύψεις

Η φορητή τεχνολογία είναι μια άνθιση βιομηχανία, που προβλέπεται να ξεπεράσει τα 150 δισεκατομμύρια δολάρια πριν λήξει η δεκαετία.

Ένα βασικό στοιχείο των φορητών συσκευών όπως έξυπνα ρολόγια, δαχτυλίδια, γυαλιά, βραχίονες, έξυπνα τατουάζ, κοσμήματα, υφάσματα, επίδεσμοι, μάσκες προσώπου και ρυθμιστής γλυκόζης σε πραγματικό χρόνο είναι οι αισθητήρες, που διευκολύνουν την ανίχνευση βιομετρικών, συλλέγουν δεδομένα και στη συνέχεια προσαρμόζονται στις απαιτήσεις του σώματος.

Η ταχεία ανάπτυξη ευέλικτων, αντιληπτών ηλεκτρικών συσκευών οδήγησε σε αισθητήρες φορητών συσκευών βασισμένους στο γραφένιο, που ξεχωρίζουν για το μεγάλο τους δυναμικό να κάνουν τις υπηρεσίες υγειονομικής περίθαλψης πιο προσβάσιμες και να βελτιώσουν την ποιότητα των δραστηριοτήτων ανίχνευσης.

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ημιαγωγούς, που είναι άκαμπτοι και έχουν περιορισμένες οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες, και τα μέταλλα, που μπορούν να είναι ακριβά, τοξικά και να παρουσιάζουν υποβάθμιση της απόδοσης όταν υποβάλλονται σε μηχανικές τάσεις, οι εγγενείς ιδιότητες του γραφενίου το καθιστούν ιδιαίτερα κατάλληλο για την κατασκευή φθηνών και πολυλειτουργικών φορητών συσκευών.

Η πιο πρόσφατη μελέτη μας έδειξε την εκπληκτική ικανότητα του υλικού σε αυτές τις συσκευές χάρη στην δραματική αύξηση της ευλυγισίας του. Αλλά αυτή δεν είναι η πρώτη φορά· κατά τη διάρκεια των ετών, πολλές μελέτες έχουν διερευνήσει το ρόλο του γραφενίου στα φορητά για διάφορους λόγους και έχουν κάνει πολλές νέες ανακαλύψεις.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε γιατί ο καθαρισμός του γραφενίου ανοίγει το δρόμο για την εμπορευματοποίησή του.

Αισθητήρας Τάσης Φορητών Συσκευών Βασισμένος στο Γραφένιο

Πέρυσι, ερευνητές ανάπτυξαν² έναν φορητό αισθητήρα τάσης χρησιμοποιώντας γραφένιο που μπορεί να ανιχνεύσει και να μεταδώσει σιωπηλή ομιλία.

Το «έξυπνο» κολάρο που κατασκεύασαν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Cambridge καταγράφει μικροκινήσεις στον λαιμό, οι οποίες λαμβάνονται από τον αισθητήρα τάσης ως ηλεκτρικό σήμα και στη συνέχεια τροφοδοτούνται σε λογισμικά μοντέλα για επεξεργασία και αναγνώριση ομιλίας. Μπορεί ακόμη να ανιχνεύει σιωπηλά λέξεις που προφέρονται με το στόμα και να τις μεταδίδει.

Η φορητή συσκευή έχει μια ξεχωριστή δομή, με χαρακτηριστικά διατεταγμένα ρωγμές σε υφάσματα επικαλυμμένα με γραφένιο, που βελτιώνουν σημαντικά την ευαισθησία. Η επάνω δομημένη στρώση γραφενίου εφαρμόστηκε σε έναν ενσωματωμένο υφασματικό αισθητήρα τάσης.

Η μέθοδος κατασκευής της τεχνολογίας είναι επίσης απλή, κλιμακώσιμη, χαμηλού κόστους και βιοσυμβατή. Η συσκευή είναι προσαρμόσιμη σε παρατεταμένη χρήση και μπορεί να αντέξει πάνω από 10.000 κύκλους τέντωσης-απελευθέρωσης διατηρώντας σταθερή και αξιόπιστη ηλεκτρική λειτουργία.

Ανταποκρινόμενη δυναμικά στις μικροκινήσεις του λαιμού, μπορεί να καταγράψει πλούσια σε πληροφορίες σήματα ομιλίας, τα οποία επεξεργάζονται μέσω ενός νευρωνικού δικτύου, με καταγεγραμμένη ακρίβεια 95,25% στην αποκωδικοποίηση της ομιλίας.

Η συσκευή, σύμφωνα με τους ερευνητές, έχει τη δυνατότητα να επαναπροσδιορίσει το πεδίο των διεπαφών σιωπηλής ομιλίας (SSI), που περιλαμβάνει πρωτοποριακές λύσεις για την ενεργοποίηση λεκτικής επικοινωνίας χωρίς φωνοποίηση.

Συνδυάζοντας το Γραφένιο με Μετάξι για Ευέλικτα Ηλεκτρονικά

Σε άλλη μελέτη, ερευνητές στο Τμήμα Ενέργειας του Εθνικού Εργαστηρίου του Βορειοδυτικού Ειρηνικού (PNNL) ανέπτυξαν ένα ομοιόμορφο 2D στρώμα «φιβροίν» ή θραύσματα πρωτεΐνης μεταξιού πάνω στο γραφένιο.

Η χρήση της πρωτεΐνης μεταξιού σε σχεδιασμένα ηλεκτρονικά δεν είναι καινούργια, αλλά είναι περιορισμένη λόγω του ότι οι ίνες μεταξιού είναι ένα ακατάστατο μπέρδεμα νημάτων. Γι’ αυτό προστέθηκε το γραφένιο.

Το μεταξί-με-γραφένιο θα μπορούσε ενδεχομένως να δημιουργήσει ένα πολύ επιθυμητό ευαίσθητο, ρυθμιζόμενο τρανζίστορ για αισθητήρες υγείας και φορητών συσκευών. Μπορεί ακόμη να λειτουργήσει ως κρίσιμο στοιχείο σε «μεμρίστορ» που χρησιμοποιούνται σε νευρωνικά δίκτυα και επιτρέπουν στους υπολογιστές να μιμούνται τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Το μετάξι έχει αποτελέσει αντικείμενο πολλών ερευνών ως τρόπος διαμόρφωσης ηλεκτρονικών σημάτων, αλλά η επίτευξη ελέγχου δεν είναι εύκολη. Έτσι, η ομάδα του PNNL ελέγχει προσεκτικά τις συνθήκες αντίδρασης προσθέτοντας ακριβώς μεμονωμένα νήματα μεταξιού στο υδατικό σύστημα που δημιούργησε ένα εξαιρετικά οργανωμένο 2D στρώμα πρωτεϊνών συσκευασμένων σε παράλληλα β-φύλλα.

Αυτό είναι μόνο το πρώτο βήμα στην ελεγχόμενη στρωμάτωση μεταξιού σε λειτουργικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα, με μελλοντική έρευνα να εστιάζει στη βελτίωση της σταθερότητας και της αγωγιμότητας των κυκλωμάτων ενσωματωμένου μεταξιού.

Ένα «Τατουάζ» Γραφενίου για τη Θεραπεία Ακανόνιστων Καρδιακών Συμπτύξεων

Στο μεταξύ, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν (UT) και το Northwestern University ανάπτυξαν το πρώτο καρδιακό εμφύτευμα χρησιμοποιώντας γραφένιο για τη θεραπεία της καρδιακής αρρυθμίας.

Τέτοιες διαταραχές εμφανίζονται όταν η καρδιά χτυπά είτε πολύ αργά είτε πολύ γρήγορα, και σε πολλές περιπτώσεις αυτό μπορεί να οδηγήσει σε εγκεφαλικό επεισόδιο, καρδιακή ανεπάρκεια και ακόμη σε ξαφνικό θάνατο. Για τη θεραπεία της αρρυθμίας, οι γιατροί συνήθως χρησιμοποιούν εμφυτεύσιμους βηματοδότες που ανιχνεύουν ακανόνιστους καρδιακούς παλμούς και χρησιμοποιούν ηλεκτρική διέγερση για τη διόρθωση του ρυθμού.

Αυτές οι συσκευές απαιτούν σκληρά, άκαμπτα υλικά που δεν είναι μηχανικά συμβατά με το σώμα και, επομένως, είναι δύσκολο να στερεωθούν στην επιφάνεια της καρδιάς. Μπορούν να προκαλέσουν προσωρινή ενόχληση, να τραυματίσουν τα μαλακά ιστούς, να περιορίσουν τις φυσικές κινήσεις και να προκαλέσουν επιπλοκές.

Σε αντίθεση με αυτά, το νέο βιοσυμβατό εμφύτευμα που δημιουργήθηκε είναι ένα «τατουάζ» γραφενίου, το οποίο στην εμφάνιση είναι παρόμοιο με ένα προσωρινό τατουάζ. Είναι πιο λεπτό από ένα μόνο νήμα μαλλιού, αλλά λειτουργεί όπως ένας κλασικός βηματοδότης.

Η νέα λεπτή συσκευή ενσωματώνεται απαλά στην καρδιά για να ανιχνεύει και να θεραπεύει ακανόνιστους καρδιακούς παλμούς. Είναι αρκετά ευέλικτη ώστε να προσαρμόζεται στις ευαίσθητες καμπύλες της καρδιάς και αρκετά ισχυρή ώστε να αντέχει τις δυναμικές κινήσεις μιας χτυπούσας καρδιάς.

«Για λόγους βιοσυμβατότητας, το γραφένιο είναι ιδιαίτερα ελκυστικό. Ο άνθρακας είναι η βάση της ζωής, επομένως είναι ένα ασφαλές υλικό που ήδη χρησιμοποιείται σε διαφορετικές κλινικές εφαρμογές. Επίσης είναι ευέλικτο και μαλακό, κάτι που λειτουργεί καλά ως διεπαφή μεταξύ ηλεκτρονικών και ενός μαλακού, μηχανικά ενεργού οργάνου.»

– Ο ανώτερος συγγραφέας Igor Efimov

Για να περιβληθεί το τατουάζ γραφενίου και να προσκολληθεί στην επιφάνεια μιας χτυπούσας καρδιάς, το γραφένιο εγκλεισθήκε μέσα σε μια ελαστική σιλικόνη με μια τρύπα για πρόσβαση στο ηλεκτρόδιο γραφενίου. Έπειτα, ταινία χρυσού πάχους 10 μικρόμετρα τοποθετήθηκε πάνω στο περιβάλλον στρώμα ως σύνδεση μεταξύ του γραφενίου και των εξωτερικών ηλεκτρονικών που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση και διέγερση της καρδιάς.

Το συνολικό πάχος της συσκευής ήταν περίπου 100 μικρόμετρα, και διατήρησε τη σταθερότητά της για 60 ημέρες, συγκρίσιμα με τη διάρκεια των προσωρινών βηματοδοτών.

Για τη δοκιμή της συσκευής, οι ερευνητές την εμφύτευσαν σε αρουραίο και διαπίστωσαν ότι μπορεί να ανιχνεύσει επιτυχώς ακανόνιστους καρδιακούς ρυθμούς και στη συνέχεια να παρέχει ηλεκτρική διέγερση μέσω μιας σειράς παλμών χωρίς να επηρεάζει τις φυσικές κινήσεις της καρδιάς.

Ιδιαίτερα, η τεχνολογία είναι οπτικά διαφανής, πράγμα που σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια εξωτερική πηγή οπτικού φωτός για να καταγράψουν και να διεγείρουν την καρδιά μέσω της συσκευής. Αυτό προσφέρει μια νέα προσέγγιση για την ταυτοποίηση και τη θεραπεία καρδιολογικών παθήσεων και δημιουργεί νέες ευκαιρίες για την οπτογενετική.

Ακόμη και το Ατελές Γραφένιο Έχει Μεγάλα Οφέλη

Πριν από λιγότερο από δύο χρόνια, ερευνητές από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης πραγματικά ανάπτυξαν ένα υπολογιστικό μοντέλο ρεαλιστικών δομών γραφενίου, το οποίο έδειξε ότι οι εξαιρετικές ηλεκτρονικές ιδιότητες του γραφενίου είναι πολύ σταθερές. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και τα όχι-τέλεια κομμάτια γραφενίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τεχνολογικές εφαρμογές.

Έτσι, η διάδοση του ηλεκτρικού ρεύματος στο γραφένιο υπολογίζεται σε ατομική κλίμακα σε ένα πολύ μικρό κομμάτι του. Ο καθηγητής Florian Libisch από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής του TU Wien εξήγησε τότε ότι τα ηλεκτρόνια έχουν πολλούς διαφορετικούς τρόπους να κινούνται μέσα στο υλικό, και όχι μόνο αυτό, αλλά μπορούν να ακολουθήσουν πολλαπλές διαδρομές ταυτόχρονα, οι οποίες μπορούν να επικαλύπτονται με διαφορετικούς τρόπους.

Οι διαδρομές αλληλοακυρώνουν σε πολύ συγκεκριμένες ενεργειακές τιμές, στις οποίες η πιθανότητα των ηλεκτρονίων να περάσουν μέσω του κομματιού του γραφενίου είναι εξαιρετικά χαμηλή και το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ελάχιστο, κάτι που ονομάζεται «καταστροφική παρεμβολή».

Η δραματική μείωση της ροής ρεύματος σε πολύ συγκεκριμένες ενεργειακές τιμές είναι «ένα τεχνολογικά πολύ επιθυμητό φαινόμενο», το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πληροφοριών σε μικροσκοπική κλίμακα, όπως κάνουν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε υπολογιστικά τσιπ, και για την ανάπτυξη νέων κβαντικών αισθητήρων.

Ωστόσο, δεν είναι τόσο απλό, καθώς το μέγεθος και το σχήμα του κομματιού γραφενίου δεν είναι πάντα τα ίδια. Άλλοι παράγοντες όπως ανεπιθύμητα άτομα, άτομα που τρέμουν, και οι πολλές αλληλεπιδράσεις μεταξύ πολλών ηλεκτρονίων, που είναι πολύ δύσκολο να υπολογιστούν, πρέπει να ληφθούν υπόψη για να «περιγραφεί το υλικό γραφένιο με πραγματικά ρεαλιστικό τρόπο».

Έτσι, οι ερευνητές συνέδεσαν τα χρόνια εμπειρίας τους στην ακριβή περιγραφή διαφορετικών φαινομένων σε υλικά σε υπολογιστικά μοντέλα, ώστε να αναπτύξουν ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που περιλαμβάνει όλες τις σχετικές πηγές σφαλμάτων και τις επιδράσεις διαταραχής που υπάρχουν στα γραφήματα. Αυτό τους επέτρεψε να δείξουν ότι τα επιθυμητά φαινόμενα είναι ορατά ακόμη και όταν υπάρχουν πηγές σφαλμάτων.

Η μελέτη αυτή ήταν σημαντική στην επίδειξη του δυναμικού χρήσης κβαντικών φαινομένων στο γραφένιο με ελεγχόμενο τρόπο.

Μετατρέποντας το Γραφένιο σε Μικροσκοπικούς Μαγνήτες

Μέσα σε όλα αυτά, Γερμανοί ειδικοί πρόσθεσαν ακόμη μια πτυχή στις ποικίλες ιδιότητες του γραφενίου, που έδειξε το δυναμικό του υλικού σε μαγνητικούς διακόπτες και συσκευές αποθήκευσης.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Duisburg-Essen (UDE) διεξήγαγαν πειράματα στο Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), όπου έστειλαν σύντομες παλμούς τεραχέρτζ (THz) σε μικροσκοπικούς δίσκους του υλικού, που για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα τους μεταμόρφωσαν σε πολύ ισχυρούς μαγνήτες. Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη για την ανάπτυξη μελλοντικών μαγνητικών διακοπτών και συσκευών αποθήκευσης.

Έτσι, ό,τι έκαναν οι επιστήμονες εδώ ήταν ότι χρησιμοποίησαν υπάρχουσες μεθόδους ημιαγωγών για να τοποθετήσουν χιλιάδες δίσκους γραφενίου μεγέθους μικρομέτρων (μm) σε μια μικρή τσιπ, η οποία στη συνέχεια υποβλήθηκε σε σύντομες παλμούς τεραχέρτζ, έναν τύπο ακτινοβολίας που βρίσκεται μεταξύ του μικροκυμάτων και του υπέρυθρου.

Για την πηγή φωτός, χρησιμοποίησαν έναν ελεύθερο ηλεκτρονικό λέιζερ FELBE στο HZDR που μπορεί να παράγει υπερ-έντονες παλμούς τεραχέρτζ.

Εκτός από τους δίσκους γραφενίου μεγέθους μικρομέτρου που μετατράπηκαν σε ηλεκτρομαγνήτες, η ομάδα δημιούργησε ακόμη και μαγνητικά πεδία στην περιοχή των 0,5 Tesla (TSLA ), περίπου 10.000 φορές το μαγνητικό πεδίο της Γης, που διήρκεσαν μόνο δέκα πικοδευτερόλεπτα ή το ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυρίου.

Για να επιτύχουν αυτήν την επιτυχία, ωστόσο, οι ερευνητές έπρεπε να πολωθούν τις παλμούς τεραχέρτζ με συγκεκριμένο τρόπο. Εδώ, εξειδικευμένα οπτικά στοιχεία άλλαξαν την κατεύθυνση των ταλαντώσεων της ακτινοβολίας ώστε να κινείται ελικοειδώς μέσω του χώρου.

Όταν οι κυκλικά πολωμένες παλμές χτυπούν τους μικρούς δίσκους, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτούς αρχίζουν να περιστρέφονται, κάτι που ουσιαστικά μετατρέπει τους δίσκους σε μικροσκοπικούς ηλεκτρομαγνήτες.

Η απλή και εξαιρετικά αποδοτική διαδικασία, σύμφωνα με τους ερευνητές, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για επιστημονικά πειράματα ώστε να αποκτηθεί πιο λεπτομερής κατανόηση των ιδιοτήτων των υλικών. Ιδιαίτερα, το μαγνητικό πεδίο παρέμεινε μονοπολικό, κάτι που το καθιστά ωφέλιμο για ορισμένα πειράματα.

Στο μέλλον, αυτοί οι μικροσκοπικοί μαγνήτες μπορεί ακόμη να βρουν εφαρμογή στην τεχνολογία μαγνητικής αποθήκευσης και στη σπιντρονική.

Επένδυση στο Γραφένιο

Μία εταιρεία που ξεχωρίζει στον τομέα του γραφενίου είναι CVD Equipment Corporation (CVV ). Η εταιρεία σχεδιάζει και κατασκευάζει συστήματα που χρησιμοποιούνται στην χημική απόθεση ατμών, μια βασική τεχνική για την παραγωγή υψηλής ποιότητας γραφενίου. Και καθώς οι βιομηχανίες συνεχίζουν να εξερευνούν πραγματικές εφαρμογές του γραφενίου, ιδιαίτερα στην ηλεκτρονική και την επιστήμη υλικών, η εξειδικευμένη εστίαση της CVD μπορεί να της προσφέρει στρατηγικό πλεονέκτημα καθώς η ζήτηση αυξάνεται.

CVD Equipment Corporation (CVV )

Η CVD Equipment με έδρα τις ΗΠΑ αναπτύσσει συστήματα χημικής απόθεσης ατμών (CVD), τα οποία χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία προηγμένων υλικών όπως το γραφένιο, καθώς και επενδύσεων που χρησιμοποιούνται στην ενέργεια, την αεροδιαστημική και άλλες βιομηχανίες.

Προσφέρει επίσης έρευνα & ανάπτυξη (R&D) γραφενίου και εξειδικευμένο εξοπλισμό παραγωγής για την κατασκευή γραφενίου υψηλής ποιότητας σε μεγάλη κλίμακα.

Η εταιρεία λειτουργεί μέσω δύο τμημάτων. Το πρώτο είναι η CVD Equipment, η οποία σχεδιάζει και κατασκευάζει εξοπλισμό φυσικής μεταφοράς ατμών, χημικής απόθεσης ατμών και θερμικής επεξεργασίας. Το δεύτερο είναι η Stainless Design Concepts (SDC), της οποίας η εστίαση είναι στα συστήματα ελέγχου παράδοσης αερίων και χημικών εξαιρετικής καθαρότητας.

Όσον αφορά την απόδοση της μετοχής CVD στην αγορά, τη στιγμή της συγγραφής, διαπραγματεύεται στα $2,84, με πτώση 34% ετησίως. Με αυτό, έχει επιτύχει κεφαλαιοποίηση αγοράς $20 εκατομμύρια, ενώ το EPS (TTM) είναι -0,28 και το P/E (TTM) -10,43.

Όσον αφορά τα οικονομικά της εταιρείας, η CVD ανέφερε έσοδα $26,9 εκατομμύρια για το πλήρες έτος 2024, αύξηση 11,5% ετησίως. Αυτό οφείλεται κυρίως στην αύξηση εσόδων από συμβάσεις αεροδιαστημικών έργων σε εξέλιξη, το τμήμα SDC, και τις $0,8 εκατομμύρια τελικές πωλήσεις του τμήματος MesoScribe, το οποίο έκλεισε τις δραστηριότητές του πέρυσι.

Το ποσοστό μικτού κέρδους της CVD Equipment αυξήθηκε κατά 2,6% στο 23,6% το 2024. Η λειτουργική ζημία για την περίοδο ήταν $2,4 εκατομμύρια, και η καθαρή ζημία ήταν $1,9 εκατομμύρια, ή $0,28 ανά βασική και αραίωση μετοχή.

Πέρυσι, η εταιρεία επίσης παρατήρησε αύξηση 8,9% στις κρατήσεις νέων παραγγελιών, που έφτασαν τα $28,1 εκατομμύρια, ενώ το υπόλοιπο παραγγελιών στο τέλος του έτους ήταν $19,4 εκατομμύρια.

«Κατά τη διάρκεια του 2024 συνεχίζουμε να βλέπουμε μια συνεχή ανάκαμψη της αγοράς αεροδιαστημικών και αμυντικών προϊόντων», δήλωσε ο Διευθύνων Σύμβουλος Manny Lakios, σημειώνοντας ότι η αγορά πυριτίου καρβιδίου παραμένει «πρόκληση λόγω υπερπροσφοράς και της παγκόσμιας πτώσης των τιμών των wafer».

Τελευταία Ειδησεία για την CVD Equipment Corporation

Συμπέρασμα

Γνωστό για το ελαφρύ, ευέλικτο, ανθεκτικό και υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, το γραφένιο έχει ερευνηθεί εκτενώς και χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές στους τομείς της ενέργειας, της ηλεκτρονικής και της υγείας.

Όπως σημειώσαμε παραπάνω, πολλές συναρπαστικές εξελίξεις, όπως τα κολάρα σιωπηλής ομιλίας και τα τατουάζ παρακολούθησης της καρδιάς, επεκτείνουν συνεχώς τον κόσμο του γραφενίου. Τώρα, η πιο πρόσφατη ανακάλυψη του ακορντεόν εφέ στο γραφένιο προσθέτει ακόμη μια ιδιότητα: αυξημένη ευλυγισία, που δείχνει τη συμβατότητα του μαγικού υλικού με τις φορητές συσκευές.

Σε συνδυασμό με τις ανώτερες ηλεκτρικές, μηχανικές και βιοσυμβατές ιδιότητές του, το γραφένιο είναι ένα εξαιρετικά υποσχόμενο υλικό για την τροφοδοσία των επόμενων γενεών έξυπνων φορητών συσκευών!

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε πώς το γραφένιο θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στο διαδίκτυο 6G.

Μελέτες που Αναφέρονται:

1. Joudi, W., Windisch, R. S., Trentino, A., Propst, D., Madsen, J., Susi, T., Mangler, C., Mustonen, K., Libisch, F., & Kotakoski, J. (2025). Corrugation-dominated mechanical softening of defect-engineered graphene. Physical Review Letters, 134(16), 166102. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.166102

2. Tang, C., Xu, M., Yi, W., Zhang, Y., Wang, J., Li, H., & Zhao, Y. (2024). Ultrasensitive textile strain sensors redefine wearable silent speech interfaces with high machine learning efficiency. NPJ Flexible Electronics, 8, 27. https://doi.org/10.1038/s41528-024-00315-1