Graphen Gr hat sich zu einem der vielseitigsten und vielversprechendsten Nanomaterialien entwickelt. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 hat sich Graphen zu einem Supermaterial entwickelt, das die Felder revolutioniert. Elektronik zur Telekommunikation zur Luft- und Raumfahrt Automobil für das Gesundheitswesen. In der Tat hat Graphen einen langen Weg zurückgelegt.
In Bezug auf Vorschriften und Standards wurde bisher jedoch nur sehr wenig unternommen. Das Graphen-Flaggschiff-Standardisierungskomitee GFSC hat kürzlich sein neues Standardisierungszertifikat eingeführt, das das erste seiner Art ist.
Mit dem Preis werden die Bemühungen und das Fachwissen derjenigen gewürdigt und gewürdigt, die zur Entwicklung eines internationalen Standards oder einer technischen Spezifikation auf dem Gebiet von Graphen und anderen verwandten Materialien beigetragen haben. Ziel des Preises ist die Standardisierung von kommerziellem Graphen.
globale Marktprognosen für Graphen
Der weltweite Graphenmarkt mit einem Wert von rund 35 Millionen US-Dollar im Jahr 2018 wird bis 2021 voraussichtlich über 150 Millionen US-Dollar erreichen. Bericht veröffentlicht im Januar 2020 vom Marktforschungsunternehmen Global Market Insights Inc., der Graphenmarkt wird bis 2026 auf 406 Millionen US-Dollar steigen.
Die Elektronik- und Halbleiterindustrie gilt als der Hauptfaktor für das globale Wachstum des Graphenmarktes. Zu den Faktoren, die voraussichtlich das schnelle Wachstum des Graphenmarktes befeuern werden, gehören die wachsende Kaufkraft und die steigenden Anforderungen an die Unterhaltungselektronik, wobei Mobiltelefone und Tablets ganz oben auf der Liste stehen.
Darüber hinaus werden transparente leitfähige Filme auf Graphenoxidbasis als Rohstoff in der Automobilindustrie verwendet, um die Fahrzeugstrukturen zu stärken und umweltfreundlichere und leichtere Autos herzustellen.
Die Reduzierung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs reduziert den Kraftstoffverbrauch und stößt weniger CO2-Emissionen aus, was zusätzliche Umweltvorteile mit sich bringt. Darüber hinaus a Zusätzliche Nachfrage wird aus der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie kommen.
Die außergewöhnlichen leitenden und wärmeleitenden Eigenschaften von Graphen bieten Möglichkeiten in Elektronik der nächsten Generation z. B. Batterien und Sonnenkollektoren
Die kontinuierlichen globalen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten sowie die großtechnische Graphenproduktion aus erneuerbaren Quellen - insbesondere die Verwendung von Chemikalien mit Mehrwert - dürften der Branche in den kommenden Jahren enorme Möglichkeiten für ein schnelleres Wachstum bieten.
Laut den Analysten von Global Market Insights befinden sich die Aussichten für den Graphenmarkt noch im Anfangsstadium und werden voraussichtlich in den folgenden Jahren in einer Vielzahl von Branchen eine signifikante Durchdringung erreichen, wobei Graphenoxid das beliebteste Produktsegment ist.
Graphen: Die vielseitigste Substanz, die der Menschheit zur Verfügung steht
Graphen ist ein zweidimensionaler Atomkristall aus Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind.
Dank der einzigartigen Kombination überlegener Eigenschaften von Graphen ist dieses Supermaterial ein glaubwürdiger Ausgangspunkt für neue disruptive Technologien in einer Vielzahl von Bereichen.
Graphen ist wie ein riesiges Molekül, das für chemische Modifikationen zur Verfügung steht und für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, von Elektronik bis hin zu Verbundwerkstoffen.
Eigenschaften von Graphen
Ein Atom dick millionenfach dünner als ein menschliches Haar
Die stärkste entdeckte Verbindung zwischen 100 und 300 Mal stärker als Stahl
Das leichteste bekannte Material mit einem Quadratmeter oder ungefähr 10,8 Quadratfuß, das ungefähr 0,77 Milligramm oder ungefähr 0,0119 Körner wiegt
Extrem flexibel
Undurchlässig für Moleküle
Hoch elektrisch und wärmeleitend - Graphen ermöglicht einen viel schnelleren Elektronenfluss als Silizium
Es ist ein transparenter Leiter
Es kombiniert auf außergewöhnliche Weise elektrische und optische Funktionen.
Gefälschtes Graphen
Das Hauptproblem mit dem Mangel an Vorschriften und Standards besteht darin, dass bestimmte Lieferanten gefälschtes Graphen verkaufen. Diese Fälschungen erfüllen niemals die einzigartigen Eigenschaften des mit dem Nobelpreis ausgezeichneten zweidimensionalen Materials. Dies führte zur Notwendigkeit, Vorschriften und Standards für Graphen zu erstellen.
nach Jari Kinaret , Direktor der Graphen-Flaggschiff "Das Fehlen von Standards war ein großes Hindernis für die Kommerzialisierung von Graphen und Schichtmaterialien. Die Arbeit des Graphen-Flaggschiff-Standardisierungsausschusses bildet die Grundlage für die Bewältigung dieser Herausforderung."
Graphen-Standardisierung: Über Bedürfnisse und Herausforderungen
Bei Graphen können Abweichungen in der Konsistenz und Qualität eines Ausgangsmaterials erhebliche negative Auswirkungen auf die Produktleistung haben. Mangelnde Standards auf dem Graphenmarkt verursachen Probleme für Forschung und Industrie.
nach Christian Punckt , leitender Forscher am Graphen-Flaggschiff-Partner Karlsruhe Institute of Technology KIT, Deutschland, der größte Teil des online verkauften kommerziellen Graphens besteht nicht aus idealen zweidimensionalen Flocken aus einschichtigem Graphen. Punckt sagt, dass eine überwältigende Mehrheit vonOnline-Anbieter verkaufen Flocken unter dem Namen Graphen mit geringer bis keiner Konsistenz in Bezug auf Dicke oder Reinheit.
Der einfache Grund dafür ist, dass es keine universellen Standards gibt, die die Qualität oder Anzahl der Schichten vorschreiben, die ein Material haben muss, um als Graphen verkauft zu werden.
Ohne diese Standards gibt es keine Regulierung auf dem Markt. Dies bedeutet, dass Branchen, die kurz vor ihrem ersten Markteintritt stehen, beim Kauf von Rohstoffen bei Online-Anbietern besonders vorsichtig sein müssen.
Etablierte Standards können Innovationen katalysieren, die Effizienz steigern und Kosten senken, Risiken senken sowie die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass ein Produkt auf den Markt kommt. Das Fehlen von Standards für Graphen ist daher ein erhebliches Hindernis für die Graphenforschung und -innovation.und das muss angesprochen werden.
Laut Christian Punckt ist die Bedeutung der Standardisierungsausschuss des Graphen-Flaggschiffs Ziel der Initiative ist es, in den kommenden Jahren eine Reihe einheitlicher und zuverlässiger Standards für Graphen festzulegen.
Herausforderungen: Einige Überlegungen
- Fehlen einer allgemein vereinbarten Definition :
"Die technische Definition von Graphen ist einfach einschichtiger Kohlenstoff: Eine ein Atom dünne Schicht aus Kohlenstoffatomen", sagt Christian Punckt. Laut Punckt steht das ideale einschichtige Graphen im Mittelpunkt vieler Arbeitspakete und Speerspitzenprojekte des Graphen-Flaggschiffsund ist der Schlüssel zur Entstehung von Graphen auf dem milliardenschweren Photonik- und Elektronikmarkt.
Die Herstellung von Monoschichtgraphen in großem Maßstab ist jedoch teuer, und für viele Forscher sind Mehrschichtflocken, die wesentlich billiger und weit verbreiteter sind, perfekt geeignet. Christian Punckt schlägt eine Analogie vor: "Wenn Sie mit einem Bleistift schreiben, ist die Markeauf dem Papier wird etwas Graphen enthalten. In diesem Fall ist jedoch das Vorhandensein von perfektem Monolayer-Graphen nicht erforderlich, da nur die Bleistiftspur schwarz sein muss. "
- Wissenschaftler müssen geeignetere Methoden zur Charakterisierung von Graphen sowohl während als auch nach dem Produktionsprozess entwickeln :
"Ein Beispiel hierfür ist Graphen, das durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellt wird. Forscher versuchen, die Struktur und Eigenschaften des Graphens während seines Wachstums genau zu bestimmen", sagt Christian Punckt. Die derzeit am häufigsten verwendete Technik zur Bewertung der Qualität von Graphen ist die Raman-Spektroskopiewerden zum Standard in der Industrie, und Wissenschaftler des Graphen-Flaggschiffs hoffen, dass dies der Schlüssel zur Analyse der Graphen-Produktion in der Mitte der Produktion sein wird.
In ähnlicher Weise müssen Wissenschaftler bessere Methoden entwickeln, um die chemischen Eigenschaften der Graphenoxidpulver zu bestimmen, die zur Herstellung von Polymerverbundwerkstoffen verwendet werden. "Wir können eine Technik verwenden, die als Röntgenphotoelektronenspektroskopie bezeichnet wird, die jedoch häufig kompliziert und teuer ist. Schnelle spektroskopische Messungenwäre besser, aber diese müssen weiterentwickelt werden ", sagt Christian Punckt.
- Viele Anwendungen von Graphen sind gerade erst im Entstehen begriffen, daher sind viele der wichtigsten Kontrollmerkmale und Leistungsindikatoren noch nicht festgelegt :
"Wir benötigen detaillierte Informationen zu den Eigenschaften-Leistungs-Beziehungen in Graphen, von denen viele noch nicht vollständig bekannt oder verstanden sind", sagt Christian Punckt.
Wissenschaftler, die Polymerverbundwerkstoffe auf Graphenbasis mit Schwerpunkt auf mechanischer Festigkeit herstellen, müssen große Anstrengungen in Bezug auf Planung und Entwicklung unternehmen, um den optimalen Graphen-Typ zu bestimmen, der die wünschenswertesten mechanischen Eigenschaften ergibt.
- Perspektive der Verkäufer :
"Graphen wird als Marketingbegriff verwendet", sagt Christian Punckt. "Wenn wir Graphen anhand der Oberflächenqualität und der Anzahl der Schichten bewerten würden, würde sich Graphen der Klasse A natürlich besser verkaufen als niedrigere."Es ist unwahrscheinlich, dass eine solche Regelung vereinbart wird. Dies ist nicht ungerechtfertigt: Graphen mit angeblich niedrigeren Qualitäten wäre in der Tat die beste Wahl für bestimmte Anwendungen.
Laut Punckt stellen Transistoren und Batterien nahezu entgegengesetzte Anforderungen an Struktur und Qualität des Materials. "Wir müssen ein klares und quantifizierbares Graphenklassifizierungsschema definieren, das sowohl Forscher als auch kommerzielle Graphenverkäufer zufriedenstelltunterstreicht wirklich die Bedeutung des Standardisierungsausschusses des Graphen-Flaggschiffs ", sagt Christian Punckt.
Das Graphen-Flaggschiff-Standardisierungskomitee
Grundsätzlich die Ausschuss fungiert als Bindeglied zwischen der Graphen-Flaggschiff-Forschung und den internationalen Normungsausschüssen ISO und IEC. Mitglieder des Graphen-Flaggschiff-Komitees erhalten eine persönliche Mitgliedschaft im ISO Technical Committee 229 Nanotechnologies und arbeiten formell mit dem IEC Technical Committee 113 Nanotechnology for zusammenElektrotechnische Produkte und Systeme.
Insgesamt haben bisher über 35 Graphen-bezogene Standardisierungsprojekte Dokumente veröffentlicht, die Graphen-bezogene internationale Standards oder technische Spezifikationen beschreiben, von denen neun vom Graphen-Flaggschiff-Standardisierungsausschuss geleitet wurden.
Laut Christian Punckt ist dies der erste starke Schritt in die richtige Richtung, und der Ausschuss hofft, dass dieser erste Satz von Dokumenten, der eine Reihe vereinbarter Standards für Graphen und Schichtmaterialien enthält, einen Präzedenzfall schaffen wird.
Es ist noch ein langer Weg, bis ein universeller Satz von Standards für Graphen eingeführt ist, aber diese Dokumente werden die ersten von vielen sein. "Wir hoffen, dass diese Standards dazu beitragen werden, Vertrauen in die Industrie zu schaffen und die zu öffnenTür für die Standardisierung von mehr Materialien auf Graphenbasis und Schichtmaterialien - was die kommerzielle Einführung von Graphen-Technologien erleichtert ", sagt Christian Punckt.
Das GFSC-Standardisierungszertifikat und die ersten Auszeichnungen
Die Standardisierung von Graphen wurde kürzlich von Mitgliedern des Ausschusses auf der jüngsten Konferenz erörtert. Graphen für ... Forschung, Innovation, Zusammenarbeit . Abgesehen von einschichtigem Graphen benötigt die Industrie manchmal andere Spezifikationen, sogar verschiedene Arten von Schichtmaterialien. Einige Produkte wie photonische und elektronische Geräte benötigen reines einschichtiges Graphen, während andere wie Verbundwerkstoffe und funktionelle Materialien dies ebenfalls könnenProfitieren Sie von günstigeren Alternativen. In jedem Fall ist die Standardisierung immer von entscheidender Bedeutung.
Graphenhersteller müssen transparent sein, was sie verkaufen, und Benutzer sollten genau wissen, was sie kaufen. Daher arbeitet das Graphen-Flaggschiff-Standardisierungskomitee unermüdlich daran, eine Reihe einheitlicher und zuverlässiger Standards für Graphen und andere Schichtmaterialien zu definierenes ist die Terminologie oder die Definition der wichtigsten Kontrollmerkmale und ihrer Messmethoden, die beide für die Aufnahme von Graphen in der Industrie von grundlegender Bedeutung sind.
Das erste Standardisierungszertifikat des GFSC ist das Ergebnis gemeinsamer Bemühungen zur Standardisierung der Herstellung, Charakterisierung und Vermarktung von Graphen. Das Standardisierungszertifikat ist ein Qualitätssiegel für Wissenschaftler und Institutionen, die zu wegweisenden Standardisierungsprojekten beigetragen haben.
Laut dem Graphen-Flaggschiff ist das GFSC-Standardisierungszertifikat das erste seiner Art. Es wird sicherlich andere nationale und internationale Projekte ermutigen, dem Beispiel zu folgen und ihre Wertschätzung für die Arbeit in der Normung und Regulierung zu zeigen.
nach Thurid Gspann vom Graphen-Flaggschiff-Partner Karlsruhe Institute of Technology KIT in Deutschland, Vorsitzender des GFSC und Koordinierung des Standardisierungsteams innerhalb Arbeitspaket 19 - Industrialisierung Der Start des GFSC-Standardisierungszertifikats wird einen Meilenstein für die Wertschätzung der Standardisierungsarbeit setzen.
"Bisher ist das Interesse der wissenschaftlichen Gemeinschaft an einem Beitrag zur Normung begrenzt, da internationale Normungsausschüsse keine Personen für die Urheberschaft von Normen hervorheben können. Das Flaggschiff von Graphen kann dies jetzt, und ich bin sicher, dass bald weitere Projekte auf unserem Weg fortgesetzt werden," Sie sagt.
Zusammen mit der Erstellung der Zertifikate gab das GFSC auch die ersten Empfänger dieser Anerkennung bekannt : Peter Uhd Jepsen vom Graphen-Flaggschiff-Partner DTU, Dänemark, und Elena Taboada aus das-Nano, Spanien, für die erfolgreiche Leitung eines Standardisierungsprojekts zur Messung des Widerstands von Graphenfilmschichten mittels Tera-Hertz-Zeitbereichsspektroskopie; und Marcus Klein aus Sugarus, Deutschland, für die Vorreiterrolle bei der Standardisierung der WirbelstrommethodeMessen Sie den Widerstand der Graphenfilmfolie.
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