Smartfony z grafenu mają trafić na rynek w 2023 roku. Będą się charakteryzować pełną elastycznością, błyskawicznym przesyłaniem danych oraz pełnym naładowaniem baterii w 10 sekund

Inżynierowie i naukowcy zaczynają wdrażać rozwiązania grafenowe do branży mobilnej. Ten dwuwymiarowy materiał złożony z płaskich atomów węgla umożliwia zaprojektowanie urządzeń, które nie mogłyby powstać przy wykorzystaniu technologii krzemowej. Grafen pozwoli zaprojektować w pełni elastyczne smartfony, superszybkie układy łączności bezprzewodowej czy baterie o wydajności dalece wykraczającej poza możliwości klasycznych ogniw litowo-jonowych. Według prognoz przeprowadzonych przez analityków Graphene Flagship pierwsze grafenowe technologie mobilne mogą zadebiutować na rynku konsumenckim w 2023 roku.

– Grafen ma ogromny potencjał w telefonach przyszłości. Można go wykorzystać na wiele różnych sposobów, począwszy od grafenowych baterii, które są naprawdę elastyczne i umożliwiają szybsze ładowanie i odłączanie urządzenia od ładowania, a skończywszy na zastosowaniu grafenu w komunikacji, tj. w tworzeniu sieci 5G czy 6G – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje Sian Fogden z Graphene Flagship.

Po grafen sięgają już producenci urządzeń oraz akcesoriów mobilnych, którzy widzą w nim narzędzie do zrewolucjonizowania rynku smartfonów, tabletów oraz gadżetów do noszenia. Mimo że powstały już elastyczne telefony takie jak Royole FlexPai, Samsung Galaxy Fold czy Huawei Mate X, zginają się one wyłącznie w ściśle określonych miejscach, ponieważ elastycznym elementem jest wyłącznie wyświetlacz. Zastosowanie grafenu pozwoliłoby uelastycznić niemal całą powierzchnię obudowy.

Opracowano już kilka prostych prototypowych urządzeń grafenowych o elastycznej konstrukcji. Zespołowi z Instytutu Fotoniki ICFO udało się nanieść cienką warstwę grafenu na powierzchnię bandaża. W ten sposób stworzyli protoplastę opatrunku, który mógłby mierzyć ciśnienie bądź natlenienie krwi. Naukowcom udało się także skonstruować m.in. elastyczny czujnik promieniowania UV w formie przezroczystego tatuażu nanoszonego na skórę, który komunikuje się z telefonem bezprzewodowo. Tę samą technologię wykorzystano do zaprojektowania elastycznej opaski sportowej. Następnym krokiem są elastyczne smartfony.

– Grafen umożliwi produkcję w pełni elastycznych telefonów, ponieważ jest to bardzo giętki materiał. Kolejną generacją telefonów będą więc urządzenia całkowicie elastyczne. Grafen może również znaleźć zastosowanie w produkcji elastycznych ekranów, baterii oraz elastycznych obwodów. Rozwiązania, które dzisiaj prezentujemy, będą stopniowo wdrażane przez branżę telekomunikacyjną. Zgodnie z naszymi przewidywaniami pierwsze rozwiązania, które mogą trafić do masowej produkcji, pojawią się na rynku w 2023 r. – zapowiada ekspertka Graphene Flagship.

Prace and akumulatorami wykorzystującymi ten innowacyjny materiał prowadzi m.in. Samsung. Choć firma nie opracowała jeszcze w pełni grafenowej baterii, opatentowała ogniwo wzbogacone grafenem. Zastosowanie dodatkowej warstwy węglowej umożliwi pięciokrotne przyspieszenie procesu ładowania. Nowe ogniwa mają się także charakteryzować większą pojemnością oraz mniejszą podatnością na przegrzanie.

Eksperymenty z grafenem prowadzi także start-up Elecjet, który zaprojektował powerbank Apollo Traveler. Sprzęt ten doładuje urządzenia mobilne znacznie sprawniej niż jakiekolwiek baterie przenośne bazujące na ogniwach litowo-jonowych. Hybrydowe ogniwo o pojemności 5000 mAh ma się ładować w 18 minut, a dzięki wysokiej efektywności rzędu 96 proc. zapewni o 10 proc. mniejsze straty energii niż konkurencyjne rozwiązania. Powerbank cechuje się także znacznie większą żywotnością, przetrwa do 1000 cykli ładowania, a konkurencyjne rozwiązania zapewniają żywotność rzędu 500 cykli ładowania.

Powyższe technologie nie wykorzystują w pełni potencjału grafenu, materiał ten usprawnia jedynie działanie akumulatorów o współczesnej konstrukcji. Stworzenie w pełni grafenowych telefonów drastyczne odmieniłoby sposób funkcjonowania tych urządzeń, gdyż przepływ energii przez układy węglowe byłby znacznie szybszy i wydajniejszy. Grafenowe smartfony ładowałyby się w niespełna dziesięć sekund i pozwalałyby przesyłać dane ze znacznie większą prędkością niż systemy sieci 5G.

Nad wykorzystaniem grafenu w łączności pracuje m.in. zespół z Uniwersytetu w Delaware. Naukowcy eksperymentują z urządzeniami fotonowymi skonstruowanymi w oparciu o układy silikonowo-grafenowe. Takie podzespoły są w stanie transmitować fale radiowe w mniej niż pikosekundę przy blisko terahercowej częstotliwości. Dzięki takim układom producenci smartfonów mogliby projektować jeszcze mniejsze urządzenia, które komunikują się bezprzewodowo znacznie sprawniej niż jakiekolwiek podzespoły mobilne zbudowane w oparciu o technologię krzemową.

Większość z tych technologii ma charakter prototypowy, ale już w ciągu najbliższych kilkunastu miesięcy na rynku mogą się pojawić pierwsze urządzenia wykorzystujące potencjał grafenu. Konsorcjum Graphene Flagship zaprezentowało m.in. słuchawki z membraną węglową, która wywarza dźwięk o wysokiej klarowności czy fotodetektory wysokiej czułości.

– Fotodetektory z grafenu zapewniają dużo dokładniejszą widoczność podczerwieni i spektrum widzialnego. Dzięki temu za pomocą aparatu w telefonie będzie można zrobić znacznie więcej, używając go w ciemności czy we mgle. Można sobie wyobrazić zastosowanie spektrometru w telefonie – jeśli pójdziemy do supermarketu i zrobimy zdjęcie stosu jabłek, telefon wskaże, które z nich jest najlepsze do zjedzenia – twierdzi Sian Fogden.

Komisja Europejska powołała do życia inicjatywę badawczą Graphene Flagship w odpowiedzi na rosnące zainteresowanie wykorzystaniem grafenu w branży technologicznej. W skład konsorcjum weszło przeszło 150 jednostek akademickich oraz przedstawicieli biznesu z 23 krajów, którzy pracują nad wykorzystaniem tego przyszłościowego materiału na masową skalę.

Według firmy badawczej Grand View Research wartość globalnego rynku grafenowego do 2025 roku wzrośnie do 550 mln dol. W najbliższych latach ma się rozwijać w tempie blisko 38 proc. w skali roku.