ग्राफीनचा उपयोग काय?दोन ऍप्लिकेशन केसेस तुम्हाला ग्राफीनच्या ऍप्लिकेशनची शक्यता समजू देतात

2010 मध्ये, जीम आणि नोवोसेलोव्ह यांना त्यांच्या ग्राफीनवरील कामासाठी भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.या पुरस्काराने अनेकांच्या मनावर खोलवर छाप सोडली आहे.शेवटी, प्रत्येक नोबेल पारितोषिक प्रायोगिक साधन चिकट टेपसारखे सामान्य नसते आणि प्रत्येक संशोधन वस्तू "द्वि-आयामी क्रिस्टल" ग्राफीनइतकी जादुई आणि समजण्यास सोपी नसते.2004 मधील काम 2010 मध्ये पुरस्कृत केले जाऊ शकते, जे अलिकडच्या वर्षांत नोबेल पारितोषिकाच्या रेकॉर्डमध्ये दुर्मिळ आहे.

ग्राफीन हा एक प्रकारचा पदार्थ आहे ज्यामध्ये कार्बन अणूंचा एक थर असतो जो द्विमितीय हनीकॉम्ब षटकोनी जाळीमध्ये बारकाईने मांडलेला असतो.डायमंड, ग्रेफाइट, फुलरीन, कार्बन नॅनोट्यूब आणि आकारहीन कार्बन प्रमाणेच हा कार्बन घटकांनी बनलेला पदार्थ (साधा पदार्थ) आहे.खाली दिलेल्या आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, फुलरेन्स आणि कार्बन नॅनोट्यूब हे ग्राफीनच्या एका थरातून काही प्रकारे गुंडाळलेले दिसतात, जे ग्राफीनच्या अनेक थरांनी रचलेले आहेत.विविध कार्बन साध्या पदार्थांच्या (ग्रेफाइट, कार्बन नॅनोट्यूब आणि ग्राफीन) गुणधर्मांचे वर्णन करण्यासाठी ग्राफीनच्या वापरावरील सैद्धांतिक संशोधन सुमारे 60 वर्षे चालले आहे, परंतु सामान्यतः असे मानले जाते की अशा द्विमितीय पदार्थांचे एकट्याने अस्तित्व राखणे कठीण आहे, केवळ त्रिमितीय सब्सट्रेट पृष्ठभागाशी किंवा ग्रेफाइट सारख्या आतील पदार्थांशी संलग्न.2004 पर्यंत आंद्रे गीम आणि त्यांचा विद्यार्थी कॉन्स्टँटिन नोव्होसेलोव्ह यांनी प्रयोगांद्वारे ग्राफीनचा एक थर ग्रेफाइटमधून काढून टाकला की ग्राफीनवरील संशोधनाने नवीन विकास साधला.

फुलरीन (डावीकडे) आणि कार्बन नॅनोट्यूब (मध्यम) दोन्ही एका प्रकारे ग्राफीनच्या एका थराने गुंडाळले गेले आहेत असे मानले जाऊ शकते, तर ग्रेफाइट (उजवीकडे) व्हॅन डेर वाल्स फोर्सच्या कनेक्शनद्वारे ग्राफीनच्या अनेक स्तरांद्वारे स्टॅक केलेले आहे.

आजकाल, ग्राफीन अनेक प्रकारे मिळवता येते आणि वेगवेगळ्या पद्धतींचे स्वतःचे फायदे आणि तोटे आहेत.Geim आणि Novoselov यांनी साध्या पद्धतीने ग्राफीन मिळवले.सुपरमार्केटमध्ये उपलब्ध असलेल्या पारदर्शक टेपचा वापर करून, त्यांनी हाय-ऑर्डर पायरोलाइटिक ग्रेफाइटच्या तुकड्यातून ग्रेफाइन, कार्बन अणूंचा फक्त एक थर असलेली ग्रेफाइट शीट काढून टाकली.हे सोयीस्कर आहे, परंतु नियंत्रणक्षमता इतकी चांगली नाही आणि 100 मायक्रॉनपेक्षा कमी आकाराचे ग्राफीन (मिलीमीटरचा एक दशांश) फक्त मिळवता येते, जे प्रयोगांसाठी वापरले जाऊ शकते, परंतु व्यावहारिकतेसाठी वापरणे कठीण आहे. अनुप्रयोगरासायनिक वाष्प साचल्याने धातूच्या पृष्ठभागावर दहापट सेंटीमीटर आकाराचे ग्राफीनचे नमुने वाढू शकतात.जरी सातत्यपूर्ण अभिमुखता असलेले क्षेत्रफळ केवळ 100 मायक्रॉन [3,4] असले तरी ते काही अनुप्रयोगांच्या उत्पादन गरजांसाठी योग्य आहे.आणखी एक सामान्य पद्धत म्हणजे सिलिकॉन कार्बाइड (SIC) क्रिस्टल व्हॅक्यूममध्ये 1100 ℃ पेक्षा जास्त गरम करणे, ज्यामुळे पृष्ठभागाजवळील सिलिकॉन अणू बाष्पीभवन करतात आणि उर्वरित कार्बन अणूंची पुनर्रचना केली जाते, ज्यामुळे चांगल्या गुणधर्मांसह ग्राफीनचे नमुने देखील मिळू शकतात.

ग्राफीन ही अद्वितीय गुणधर्म असलेली नवीन सामग्री आहे: त्याची विद्युत चालकता तांब्यासारखी उत्कृष्ट आहे आणि त्याची थर्मल चालकता कोणत्याही ज्ञात सामग्रीपेक्षा चांगली आहे.ते अतिशय पारदर्शक आहे.उभ्या घटना दृश्यमान प्रकाशाचा फक्त एक छोटासा भाग (2.3%) ग्राफीनद्वारे शोषला जाईल आणि बहुतेक प्रकाश त्यातून जाईल.ते इतके दाट आहे की हेलियमचे अणू (सर्वात लहान वायूचे रेणू) देखील त्यातून जाऊ शकत नाहीत.हे जादुई गुणधर्म थेट ग्रेफाइटकडून मिळालेले नसून क्वांटम मेकॅनिक्सकडून मिळालेले आहेत.त्याचे अद्वितीय इलेक्ट्रिकल आणि ऑप्टिकल गुणधर्म हे निर्धारित करतात की त्याच्याकडे विस्तृत अनुप्रयोग संभावना आहेत.

जरी ग्राफीन केवळ दहा वर्षांहून कमी काळ दिसला असला तरी, त्याने अनेक तांत्रिक अनुप्रयोग दाखवले आहेत, जे भौतिकशास्त्र आणि भौतिक विज्ञानाच्या क्षेत्रात फारच दुर्मिळ आहेत.सामान्य साहित्य प्रयोगशाळेतून वास्तविक जीवनात जाण्यासाठी दहा वर्षे किंवा अगदी दशकांपेक्षा जास्त वेळ लागतो.ग्राफीनचा उपयोग काय?दोन उदाहरणे पाहू.

मऊ पारदर्शक इलेक्ट्रोड
अनेक विद्युत उपकरणांमध्ये, पारदर्शक प्रवाहकीय पदार्थांचा इलेक्ट्रोड म्हणून वापर करावा लागतो.इलेक्ट्रॉनिक घड्याळे, कॅल्क्युलेटर, टेलिव्हिजन, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, टच स्क्रीन, सौर पॅनेल आणि इतर अनेक उपकरणे पारदर्शक इलेक्ट्रोडचे अस्तित्व सोडू शकत नाहीत.पारंपारिक पारदर्शक इलेक्ट्रोड इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO) वापरतो.उच्च किंमत आणि इंडियमच्या मर्यादित पुरवठ्यामुळे, सामग्री ठिसूळ आहे आणि लवचिकतेचा अभाव आहे, आणि इलेक्ट्रोड व्हॅक्यूमच्या मधल्या थरात जमा करणे आवश्यक आहे आणि त्याची किंमत तुलनेने जास्त आहे.बर्याच काळापासून, शास्त्रज्ञ त्याचा पर्याय शोधण्याचा प्रयत्न करीत आहेत.पारदर्शकता, चांगली चालकता आणि सुलभ तयारी या आवश्यकतांव्यतिरिक्त, सामग्रीची स्वतःची लवचिकता चांगली असल्यास, ते "इलेक्ट्रॉनिक पेपर" किंवा इतर फोल्ड करण्यायोग्य डिस्प्ले उपकरणे बनवण्यासाठी योग्य असेल.म्हणून, लवचिकता देखील एक अतिशय महत्त्वाचा पैलू आहे.ग्राफीन ही अशी सामग्री आहे, जी पारदर्शक इलेक्ट्रोडसाठी अतिशय योग्य आहे.

सॅमसंग आणि दक्षिण कोरियातील चेंगजंगुआन युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी रासायनिक बाष्प साचून 30 इंच कर्ण लांबीचे ग्राफीन मिळवले आणि ते ग्राफीन आधारित टच स्क्रीन तयार करण्यासाठी 188 मायक्रॉन जाडीच्या पॉलिथिलीन टेरेफ्थालेट (पीईटी) फिल्ममध्ये हस्तांतरित केले [४].खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, कॉपर फॉइलवर उगवलेला ग्राफीन प्रथम थर्मल स्ट्रिपिंग टेपने (निळा पारदर्शक भाग) बांधला जातो, नंतर कॉपर फॉइल रासायनिक पद्धतीने विरघळला जातो आणि शेवटी ग्राफीन गरम करून पीईटी फिल्ममध्ये हस्तांतरित केला जातो. .

नवीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणे
ग्राफीनमध्ये अतिशय अद्वितीय ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत.अणूंचा एकच थर असला तरी तो दृश्यमान प्रकाशापासून अवरक्तापर्यंतच्या संपूर्ण तरंगलांबीच्या श्रेणीतील उत्सर्जित प्रकाशाच्या २.३% शोषून घेऊ शकतो.या संख्येचा ग्राफीनच्या इतर भौतिक मापदंडांशी काहीही संबंध नाही आणि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स [६] द्वारे निर्धारित केला जातो.शोषून घेतलेला प्रकाश वाहक (इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र) तयार करेल.ग्राफीनमधील वाहकांची निर्मिती आणि वाहतूक पारंपारिक अर्धसंवाहकांपेक्षा खूप वेगळी आहे.हे अल्ट्राफास्ट फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणांसाठी ग्राफीन अतिशय योग्य बनवते.असा अंदाज आहे की अशी फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणे 500GHz च्या वारंवारतेवर कार्य करू शकतात.जर ते सिग्नल ट्रान्समिशनसाठी वापरले गेले, तर ते प्रति सेकंद 500 अब्ज शून्य किंवा एक प्रसारित करू शकते आणि एका सेकंदात दोन ब्ल्यू रे डिस्कमधील सामग्रीचे प्रसारण पूर्ण करू शकते.

युनायटेड स्टेट्समधील IBM थॉमस जे. वॉटसन संशोधन केंद्रातील तज्ञांनी 10GHz वारंवारता [8] वर कार्य करू शकणारे फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण तयार करण्यासाठी ग्राफीनचा वापर केला आहे.प्रथम, 300 एनएम जाडीच्या सिलिकाने झाकलेल्या सिलिकॉन सब्सट्रेटवर ग्राफीन फ्लेक्स “टेप फाडण्याच्या पद्धती” द्वारे तयार केले गेले आणि नंतर त्यावर 1 मायक्रॉन आणि 250 एनएम रुंदीचे पॅलेडियम गोल्ड किंवा टायटॅनियम गोल्ड इलेक्ट्रोड तयार केले गेले.अशाप्रकारे, ग्राफीन आधारित फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण प्राप्त होते.

ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण आणि स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (SEM) वास्तविक नमुन्यांच्या फोटोंचा योजनाबद्ध आकृती.आकृतीमधील काळी लहान रेषा 5 मायक्रॉनशी संबंधित आहे आणि धातूच्या रेषांमधील अंतर एक मायक्रॉन आहे.

प्रयोगांद्वारे, संशोधकांना असे आढळून आले की हे मेटल ग्राफीन मेटल स्ट्रक्चर फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन यंत्र जास्तीत जास्त 16GHz च्या कामकाजाच्या वारंवारतेपर्यंत पोहोचू शकते आणि 300 nm (अल्ट्राव्हायोलेट जवळ) ते 6 मायक्रॉन (इन्फ्रारेड) तरंगलांबी श्रेणीमध्ये उच्च वेगाने काम करू शकते. पारंपारिक फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन ट्यूब लांब तरंगलांबीसह इन्फ्रारेड प्रकाशाला प्रतिसाद देऊ शकत नाही.ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणांच्या कामकाजाच्या वारंवारतेमध्ये अजूनही सुधारणेसाठी खूप जागा आहे.त्याच्या उत्कृष्ट कार्यक्षमतेमुळे त्याच्याकडे संप्रेषण, रिमोट कंट्रोल आणि पर्यावरणीय देखरेख यासह विस्तृत अनुप्रयोग संभावना आहेत.

अद्वितीय गुणधर्मांसह नवीन सामग्री म्हणून, ग्राफीनच्या वापरावरील संशोधन एकामागून एक उदयास येत आहे.येथे त्यांची गणना करणे आपल्यासाठी कठीण आहे.भविष्यात दैनंदिन जीवनात ग्राफीनपासून बनवलेल्या फील्ड इफेक्ट ट्यूब्स, ग्राफीनपासून बनवलेल्या मॉलिक्युलर स्विचेस आणि ग्राफीनपासून बनवलेले मॉलेक्युलर डिटेक्टर असू शकतात… प्रयोगशाळेतून हळूहळू बाहेर येणारे ग्राफीन दैनंदिन जीवनात चमकतील.

आम्ही अपेक्षा करू शकतो की नजीकच्या भविष्यात ग्राफीन वापरून मोठ्या प्रमाणात इलेक्ट्रॉनिक उत्पादने दिसून येतील.विचार करा की आमचे स्मार्टफोन आणि नेटबुक गुंडाळले गेले, कानात अडकवले गेले, खिशात भरले गेले किंवा वापरात नसताना मनगटाभोवती गुंडाळले गेले तर किती मनोरंजक असेल!