banner

ഗ്രാഫീനിന്റെ ഉപയോഗം എന്താണ്?രണ്ട് ആപ്ലിക്കേഷൻ കേസുകൾ ഗ്രാഫീന്റെ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യത മനസ്സിലാക്കാൻ നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു

2010-ൽ, ഗ്രാഫീനിലെ പ്രവർത്തനത്തിന് ഗീമിനും നോവോസെലോവിനും ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചു.ഈ അവാർഡ് പലരിലും ആഴത്തിലുള്ള മതിപ്പ് സൃഷ്ടിച്ചു.എല്ലാത്തിനുമുപരി, എല്ലാ നോബൽ സമ്മാന പരീക്ഷണ ഉപകരണവും പശ ടേപ്പ് പോലെ സാധാരണമല്ല, കൂടാതെ എല്ലാ ഗവേഷണ വസ്തുക്കളും "ദ്വിമാന ക്രിസ്റ്റൽ" ഗ്രാഫീൻ പോലെ മാന്ത്രികവും മനസ്സിലാക്കാൻ എളുപ്പവുമല്ല.2004 ലെ കൃതി 2010 ൽ നൽകാം, ഇത് സമീപ വർഷങ്ങളിലെ നൊബേൽ സമ്മാനത്തിന്റെ റെക്കോർഡിൽ അപൂർവമാണ്.

ദ്വിമാന ഹണികോംബ് ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ലാറ്റിസായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു പാളി ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു തരം പദാർത്ഥമാണ് ഗ്രാഫീൻ.വജ്രം, ഗ്രാഫൈറ്റ്, ഫുള്ളറിൻ, കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ, രൂപരഹിതമായ കാർബൺ എന്നിവ പോലെ, ഇത് കാർബൺ മൂലകങ്ങൾ ചേർന്ന ഒരു പദാർത്ഥമാണ് (ലളിതമായ പദാർത്ഥം).ചുവടെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഗ്രാഫീനിന്റെ പല പാളികളാൽ അടുക്കിയിരിക്കുന്ന ഗ്രാഫീനിന്റെ ഒരു പാളിയിൽ നിന്ന് ഫുള്ളറീനുകളും കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളും ഏതെങ്കിലും വിധത്തിൽ ചുരുട്ടുന്നത് കാണാം.വിവിധ കാർബൺ ലളിതമായ പദാർത്ഥങ്ങളുടെ (ഗ്രാഫൈറ്റ്, കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ, ഗ്രാഫീൻ) ഗുണങ്ങൾ വിവരിക്കുന്നതിന് ഗ്രാഫീന്റെ ഉപയോഗത്തെക്കുറിച്ചുള്ള സൈദ്ധാന്തിക ഗവേഷണം ഏകദേശം 60 വർഷത്തോളം നീണ്ടുനിന്നു, എന്നാൽ അത്തരം ദ്വിമാന പദാർത്ഥങ്ങൾ സ്ഥിരമായി നിലനിൽക്കാൻ പ്രയാസമാണെന്ന് പൊതുവെ വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. ത്രിമാന അടിവസ്ത്ര പ്രതലത്തിലോ ഗ്രാഫൈറ്റ് പോലെയുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളിലോ മാത്രമേ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ളൂ.2004-ൽ ആന്ദ്രെ ഗീമും അദ്ദേഹത്തിന്റെ വിദ്യാർത്ഥി കോൺസ്റ്റാന്റിൻ നോവോസെലോവും പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ഗ്രാഫൈറ്റിൽ നിന്ന് ഗ്രാഫീനിന്റെ ഒരു പാളി നീക്കം ചെയ്തതാണ് ഗ്രാഫീനെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം പുതിയ വികാസം നേടിയത്.

ഫുള്ളറീൻ (ഇടത്), കാർബൺ നാനോട്യൂബ് (മധ്യഭാഗം) എന്നിവയെ ഏതെങ്കിലും തരത്തിൽ ഗ്രാഫീന്റെ ഒരു പാളി ഉപയോഗിച്ച് ചുരുട്ടുന്നതായി കണക്കാക്കാം, അതേസമയം ഗ്രാഫൈറ്റ് (വലത്) വാൻ ഡെർ വാൽസ് ഫോഴ്‌സിന്റെ കണക്ഷൻ വഴി ഗ്രാഫീന്റെ ഒന്നിലധികം പാളികളാൽ അടുക്കിയിരിക്കുന്നു.

ഇക്കാലത്ത്, ഗ്രാഫീൻ പല തരത്തിൽ ലഭിക്കും, വ്യത്യസ്ത രീതികൾക്ക് അവരുടേതായ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്.ഗെയിമും നോവോസെലോവും ലളിതമായ രീതിയിൽ ഗ്രാഫീൻ നേടി.സൂപ്പർമാർക്കറ്റുകളിൽ ലഭ്യമായ സുതാര്യമായ ടേപ്പ് ഉപയോഗിച്ച്, അവർ ഉയർന്ന ഓർഡർ പൈറോലൈറ്റിക് ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ ഒരു കഷണത്തിൽ നിന്ന് കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു പാളി മാത്രം കട്ടിയുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റ് ഷീറ്റ് നീക്കം ചെയ്തു.ഇത് സൗകര്യപ്രദമാണ്, പക്ഷേ നിയന്ത്രണക്ഷമത അത്ര നല്ലതല്ല, 100 മൈക്രോണിൽ താഴെയുള്ള ഗ്രാഫീൻ (ഒരു മില്ലിമീറ്ററിന്റെ പത്തിലൊന്ന്) മാത്രമേ ലഭിക്കൂ, ഇത് പരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിക്കാം, പക്ഷേ പ്രായോഗികമായി ഉപയോഗിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. അപേക്ഷകൾ.രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം ലോഹ പ്രതലത്തിൽ പതിനായിരക്കണക്കിന് സെന്റീമീറ്റർ വലിപ്പമുള്ള ഗ്രാഫീൻ സാമ്പിളുകൾ വളർത്തും.സ്ഥിരമായ ഓറിയന്റേഷൻ ഉള്ള പ്രദേശം 100 മൈക്രോൺ [3,4] മാത്രമാണെങ്കിലും, ചില ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ ഉൽപ്പാദന ആവശ്യങ്ങൾക്ക് ഇത് അനുയോജ്യമാണ്.മറ്റൊരു സാധാരണ രീതി സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് (SIC) ക്രിസ്റ്റലിനെ 1100 ℃-ൽ കൂടുതൽ ശൂന്യതയിൽ ചൂടാക്കുക എന്നതാണ്, അതുവഴി ഉപരിതലത്തിനടുത്തുള്ള സിലിക്കൺ ആറ്റങ്ങൾ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുകയും ശേഷിക്കുന്ന കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ പുനഃക്രമീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് നല്ല ഗുണങ്ങളുള്ള ഗ്രാഫീൻ സാമ്പിളുകളും ലഭിക്കും.

അതുല്യമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു പുതിയ മെറ്റീരിയലാണ് ഗ്രാഫീൻ: അതിന്റെ വൈദ്യുത ചാലകത ചെമ്പ് പോലെ മികച്ചതാണ്, കൂടാതെ അതിന്റെ താപ ചാലകത അറിയപ്പെടുന്ന ഏതൊരു വസ്തുവിനെക്കാളും മികച്ചതാണ്.ഇത് വളരെ സുതാര്യമാണ്.ലംബമായ ദൃശ്യപ്രകാശത്തിന്റെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം (2.3%) മാത്രമേ ഗ്രാഫീൻ ആഗിരണം ചെയ്യുകയുള്ളൂ, ഭൂരിഭാഗം പ്രകാശവും കടന്നുപോകും.ഹീലിയം ആറ്റങ്ങൾ (ഏറ്റവും ചെറിയ വാതക തന്മാത്രകൾ) പോലും കടന്നുപോകാൻ കഴിയാത്തത്ര സാന്ദ്രമാണ്.ഈ മാന്ത്രിക ഗുണങ്ങൾ ഗ്രാഫൈറ്റിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് പാരമ്പര്യമായി ലഭിച്ചതല്ല, ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിൽ നിന്നാണ്.അതിന്റെ സവിശേഷമായ ഇലക്ട്രിക്കൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ ഇതിന് വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകളുണ്ടെന്ന് നിർണ്ണയിക്കുന്നു.

ഗ്രാഫീൻ പത്ത് വർഷത്തിൽ താഴെ മാത്രമേ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടിട്ടുള്ളൂവെങ്കിലും, അത് നിരവധി സാങ്കേതിക പ്രയോഗങ്ങൾ കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്, ഇത് ഫിസിക്സ്, മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് മേഖലകളിൽ വളരെ അപൂർവമാണ്.പൊതുവായ വസ്തുക്കൾ ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്ന് യഥാർത്ഥ ജീവിതത്തിലേക്ക് മാറുന്നതിന് പത്ത് വർഷത്തിലേറെയോ ദശാബ്ദങ്ങളോ എടുക്കും.ഗ്രാഫീനിന്റെ ഉപയോഗം എന്താണ്?രണ്ട് ഉദാഹരണങ്ങൾ നോക്കാം.

മൃദുവായ സുതാര്യമായ ഇലക്ട്രോഡ്
പല വൈദ്യുത ഉപകരണങ്ങളിലും, സുതാര്യമായ ചാലക വസ്തുക്കൾ ഇലക്ട്രോഡുകളായി ഉപയോഗിക്കേണ്ടതുണ്ട്.ഇലക്ട്രോണിക് വാച്ചുകൾ, കാൽക്കുലേറ്ററുകൾ, ടെലിവിഷനുകൾ, ലിക്വിഡ് ക്രിസ്റ്റൽ ഡിസ്പ്ലേകൾ, ടച്ച് സ്ക്രീനുകൾ, സോളാർ പാനലുകൾ തുടങ്ങി നിരവധി ഉപകരണങ്ങൾക്ക് സുതാര്യമായ ഇലക്ട്രോഡുകളുടെ അസ്തിത്വം ഉപേക്ഷിക്കാൻ കഴിയില്ല.പരമ്പരാഗത സുതാര്യ ഇലക്ട്രോഡ് ഇൻഡിയം ടിൻ ഓക്സൈഡ് (ഐടിഒ) ഉപയോഗിക്കുന്നു.ഇൻഡിയത്തിന്റെ ഉയർന്ന വിലയും പരിമിതമായ വിതരണവും കാരണം, മെറ്റീരിയൽ പൊട്ടുന്നതും വഴക്കമില്ലാത്തതുമാണ്, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോഡ് വാക്വത്തിന്റെ മധ്യ പാളിയിൽ നിക്ഷേപിക്കേണ്ടതുണ്ട്, വില താരതമ്യേന ഉയർന്നതാണ്.വളരെക്കാലമായി, ശാസ്ത്രജ്ഞർ അതിന്റെ പകരക്കാരനെ കണ്ടെത്താൻ ശ്രമിക്കുന്നു.സുതാര്യത, നല്ല ചാലകത, എളുപ്പത്തിൽ തയ്യാറാക്കൽ എന്നിവയുടെ ആവശ്യകതകൾക്ക് പുറമേ, മെറ്റീരിയലിന്റെ വഴക്കം തന്നെ നല്ലതാണെങ്കിൽ, "ഇലക്‌ട്രോണിക് പേപ്പർ" അല്ലെങ്കിൽ മറ്റ് മടക്കാവുന്ന ഡിസ്പ്ലേ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് അത് അനുയോജ്യമാകും.അതിനാൽ, വഴക്കവും വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു വശമാണ്.ഗ്രാഫീൻ അത്തരമൊരു വസ്തുവാണ്, ഇത് സുതാര്യമായ ഇലക്ട്രോഡുകൾക്ക് വളരെ അനുയോജ്യമാണ്.

ദക്ഷിണ കൊറിയയിലെ സാംസംഗ്, ചെങ്‌ജുൻഗ്വൻ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം വഴി 30 ഇഞ്ച് നീളമുള്ള ഗ്രാഫീൻ നേടുകയും ഗ്രാഫീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ടച്ച് സ്‌ക്രീൻ നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി 188 മൈക്രോൺ കട്ടിയുള്ള പോളിയെത്തിലീൻ ടെറെഫ്താലേറ്റ് (പിഇടി) ഫിലിമിലേക്ക് മാറ്റുകയും ചെയ്തു [4].ചുവടെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ചെമ്പ് ഫോയിലിൽ വളരുന്ന ഗ്രാഫീൻ ആദ്യം തെർമൽ സ്ട്രിപ്പിംഗ് ടേപ്പുമായി (നീല സുതാര്യമായ ഭാഗം) ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, തുടർന്ന് ചെമ്പ് ഫോയിൽ രാസ രീതി ഉപയോഗിച്ച് അലിയിക്കുന്നു, ഒടുവിൽ ഗ്രാഫീൻ ചൂടാക്കി PET ഫിലിമിലേക്ക് മാറ്റുന്നു. .

പുതിയ ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ
ഗ്രാഫീന് വളരെ സവിശേഷമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങളുണ്ട്.ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു പാളി മാത്രമേ ഉള്ളൂവെങ്കിലും, ദൃശ്യപ്രകാശം മുതൽ ഇൻഫ്രാറെഡ് വരെയുള്ള മുഴുവൻ തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണിയിലും പുറത്തുവിടുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ 2.3% ആഗിരണം ചെയ്യാൻ ഇതിന് കഴിയും.ഈ സംഖ്യയ്ക്ക് ഗ്രാഫീനിന്റെ മറ്റ് മെറ്റീരിയൽ പാരാമീറ്ററുകളുമായി യാതൊരു ബന്ധവുമില്ല, ഇത് ക്വാണ്ടം ഇലക്ട്രോഡൈനാമിക്സാണ് [6] നിർണ്ണയിക്കുന്നത്.ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശം വാഹകരുടെ (ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും) ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഇടയാക്കും.ഗ്രാഫീനിലെ വാഹകരുടെ ഉൽപാദനവും ഗതാഗതവും പരമ്പരാഗത അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്.ഇത് അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഗ്രാഫീനെ വളരെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.അത്തരം ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ 500ghz ആവൃത്തിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുമെന്ന് കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.സിഗ്നൽ സംപ്രേഷണത്തിനായി ഇത് ഉപയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതിന് സെക്കൻഡിൽ 500 ബില്യൺ പൂജ്യങ്ങളോ ഒന്നോ പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യാനും രണ്ട് ബ്ലൂ റേ ഡിസ്കുകളുടെ ഉള്ളടക്കം ഒരു സെക്കൻഡിൽ പൂർത്തിയാക്കാനും കഴിയും.

യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ IBM തോമസ് ജെ. വാട്സൺ റിസർച്ച് സെന്ററിലെ വിദഗ്ധർ 10GHz ആവൃത്തിയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഗ്രാഫീൻ ഉപയോഗിച്ചു [8].ആദ്യം, 300 nm കട്ടിയുള്ള സിലിക്ക കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ ഒരു സിലിക്കൺ അടിവസ്ത്രത്തിൽ "ടേപ്പ് ടയറിംഗ് രീതി" ഉപയോഗിച്ച് ഗ്രാഫീൻ അടരുകൾ തയ്യാറാക്കി, തുടർന്ന് 1 മൈക്രോൺ ഇടവേളയും 250 nm വീതിയുമുള്ള പലേഡിയം ഗോൾഡ് അല്ലെങ്കിൽ ടൈറ്റാനിയം ഗോൾഡ് ഇലക്ട്രോഡുകൾ അതിൽ നിർമ്മിച്ചു.ഈ രീതിയിൽ, ഒരു ഗ്രാഫീൻ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണം ലഭിക്കും.

ഗ്രാഫീൻ ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങളുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം, യഥാർത്ഥ സാമ്പിളുകളുടെ സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പ് (SEM) ഫോട്ടോകൾ.ചിത്രത്തിലെ കറുത്ത ഷോർട്ട് ലൈൻ 5 മൈക്രോണുമായി യോജിക്കുന്നു, ലോഹരേഖകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം ഒരു മൈക്രോൺ ആണ്.

പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ, ഈ ലോഹ ഗ്രാഫീൻ ലോഹ ഘടന ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണത്തിന് പരമാവധി 16GHz പ്രവർത്തന ആവൃത്തിയിൽ എത്താൻ കഴിയുമെന്നും 300 nm (അൾട്രാവയലറ്റിന് സമീപം) മുതൽ 6 മൈക്രോൺ (ഇൻഫ്രാറെഡ്) വരെയുള്ള തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണിയിൽ ഉയർന്ന വേഗതയിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുമെന്നും ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി. പരമ്പരാഗത ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ട്യൂബിന് നീണ്ട തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശത്തോട് പ്രതികരിക്കാൻ കഴിയില്ല.ഗ്രാഫീൻ ഫോട്ടോഇലക്‌ട്രിക് ഇൻഡക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി ഇപ്പോഴും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് വലിയ ഇടമുണ്ട്.ആശയവിനിമയം, റിമോട്ട് കൺട്രോൾ, പാരിസ്ഥിതിക നിരീക്ഷണം എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിപുലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകളുള്ളതാക്കി അതിന്റെ മികച്ച പ്രകടനം.

അതുല്യമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു പുതിയ മെറ്റീരിയലായി, ഗ്രാഫീന്റെ പ്രയോഗത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾ ഒന്നിനുപുറകെ ഒന്നായി ഉയർന്നുവരുന്നു.അവ ഇവിടെ എണ്ണിപ്പറയുക പ്രയാസമാണ്.ഭാവിയിൽ, ഗ്രാഫീൻ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ഫീൽഡ് ഇഫക്റ്റ് ട്യൂബുകളും ഗ്രാഫീൻ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച മോളിക്യുലർ സ്വിച്ചുകളും ഗ്രാഫീൻ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച മോളിക്യുലാർ ഡിറ്റക്ടറുകളും ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ ഉണ്ടായേക്കാം... ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്ന് ക്രമേണ പുറത്തുവരുന്ന ഗ്രാഫീൻ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ തിളങ്ങും.

സമീപഭാവിയിൽ ഗ്രാഫീൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ധാരാളം ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുമെന്ന് നമുക്ക് പ്രതീക്ഷിക്കാം.നമ്മുടെ സ്‌മാർട്ട്‌ഫോണുകളും നെറ്റ്‌ബുക്കുകളും ചുരുട്ടുകയോ ചെവിയിൽ മുറുകെ പിടിക്കുകയോ പോക്കറ്റിൽ നിറയ്‌ക്കുകയോ ഉപയോഗത്തിലില്ലാത്തപ്പോൾ കൈത്തണ്ടയിൽ ചുറ്റിപ്പിടിക്കുകയോ ചെയ്‌താൽ അത് എത്ര രസകരമായിരിക്കുമെന്ന് ചിന്തിക്കുക!


പോസ്റ്റ് സമയം: മാർച്ച്-09-2022