ग्राफीनचा वापर काय आहे? दोन अनुप्रयोग प्रकरणे आपल्याला ग्राफीनची अनुप्रयोग संभाव्यता समजू देतात

२०१० मध्ये, जिम आणि नोवोसेलोव्ह यांनी ग्राफीनवरील त्यांच्या कामासाठी भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक जिंकले. या पुरस्काराने बर्‍याच लोकांवर खोलवर छाप पाडली आहे. तथापि, प्रत्येक नोबेल पारितोषिक प्रायोगिक साधन चिकट टेपइतकेच सामान्य नसते आणि प्रत्येक संशोधन ऑब्जेक्ट जादूई आणि "द्विमितीय क्रिस्टल" ग्राफीन म्हणून समजण्यास सुलभ नसते. २०० in मध्ये हे काम २०१० मध्ये दिले जाऊ शकते, जे अलिकडच्या वर्षांत नोबेल पुरस्काराच्या नोंदीमध्ये दुर्मिळ आहे.

ग्रॅफिन हा एक प्रकारचा पदार्थ आहे ज्यामध्ये कार्बन अणूंचा एकच थर असतो जो द्विमितीय मधमाश्या षटकोनी जाळीमध्ये जवळून व्यवस्था केला जातो. डायमंड, ग्रेफाइट, फुलरीन, कार्बन नॅनोट्यूब आणि अनाकार कार्बन प्रमाणेच, हा कार्बन घटकांचा बनलेला पदार्थ (साधा पदार्थ) आहे. खालील आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, फुलरेन्स आणि कार्बन नॅनोट्यूब्स ग्राफीनच्या एकाच थरातून काही प्रकारे गुंडाळलेले म्हणून पाहिले जाऊ शकतात, जे ग्राफीनच्या अनेक थरांनी स्टॅक केलेले आहे. विविध कार्बन साध्या पदार्थांच्या गुणधर्मांचे वर्णन करण्यासाठी ग्राफीनच्या वापरावरील सैद्धांतिक संशोधन (ग्रेफाइट, कार्बन नॅनोट्यूब आणि ग्राफीन) जवळजवळ 60 वर्षे टिकले आहेत, परंतु सामान्यत: असा विश्वास आहे की अशा द्विमितीय सामग्री एकट्या अस्तित्त्वात असणे कठीण आहे, केवळ त्रिमितीय सब्सट्रेट पृष्ठभाग किंवा ग्रेफाइट सारख्या आतल्या पदार्थांशी जोडलेले. २०० until पर्यंत आंद्रे गेम आणि त्याचा विद्यार्थी कोन्स्टँटिन नोवोसेलोव्ह यांनी ग्राफीनच्या एका थर ग्राफीनवरुन ग्राफीनवरुन नवीन विकास साध्य केलेल्या प्रयोगांद्वारे काढून टाकला.

फुलरीन (डावे) आणि कार्बन नॅनोट्यूब (मध्यम) दोघांनाही ग्राफीनच्या एकाच थराने काही प्रकारे गुंडाळले जाऊ शकते, तर ग्रॅफाइट (उजवीकडे) व्हॅन डेर वाल्स फोर्सच्या कनेक्शनद्वारे ग्राफीनच्या एकाधिक थरांनी स्टॅक केलेले आहे.

आजकाल, ग्राफीन बर्‍याच प्रकारे मिळू शकते आणि वेगवेगळ्या पद्धतींचे स्वतःचे फायदे आणि तोटे आहेत. गीम आणि नोव्होसेलोव्ह यांनी एका सोप्या मार्गाने ग्राफीन प्राप्त केला. सुपरमार्केटमध्ये उपलब्ध पारदर्शक टेप वापरुन, त्यांनी उच्च-ऑर्डर पायरोलाइटिक ग्रेफाइटच्या तुकड्यातून कार्बन अणूंचा फक्त एक थर असलेली एक ग्रेफाइट शीट ग्राफीन काढून टाकली. हे सोयीस्कर आहे, परंतु नियंत्रितता इतकी चांगली नाही आणि 100 पेक्षा कमी मायक्रॉन (मिलिमीटरचा एक दहावा) आकारासह ग्राफीन केवळ प्राप्त केला जाऊ शकतो, जो प्रयोगांसाठी वापरला जाऊ शकतो, परंतु व्यावहारिकतेसाठी वापरणे कठीण आहे अनुप्रयोग. रासायनिक वाष्प जमा धातूच्या पृष्ठभागावर दहापट सेंटीमीटरच्या आकारासह ग्राफीनचे नमुने वाढवू शकते. जरी सातत्यपूर्ण अभिमुखता असलेले क्षेत्र केवळ 100 मायक्रॉन [4,4] आहे, परंतु ते काही अनुप्रयोगांच्या उत्पादन गरजा योग्य आहे. आणखी एक सामान्य पद्धत म्हणजे सिलिकॉन कार्बाईड (एसआयसी) क्रिस्टलला 1100 पेक्षा जास्त व्हॅक्यूममध्ये गरम करणे, जेणेकरून पृष्ठभागाजवळील सिलिकॉन अणू बाष्पीभवन होतील आणि उर्वरित कार्बन अणू पुन्हा व्यवस्थित केले जातील, ज्यामुळे चांगल्या गुणधर्मांसह ग्राफीन नमुने देखील मिळू शकतात.

ग्राफीन ही एक नवीन सामग्री आहे ज्यात अद्वितीय गुणधर्म आहेत: त्याची विद्युत चालकता तांबेइतकी उत्कृष्ट आहे आणि त्याची थर्मल चालकता कोणत्याही ज्ञात सामग्रीपेक्षा चांगली आहे. हे खूप पारदर्शक आहे. अनुलंब घटनेचा केवळ एक छोटासा भाग (2.3%) दृश्यमान प्रकाश ग्राफीनद्वारे शोषला जाईल आणि बहुतेक प्रकाशातून जातील. हे इतके दाट आहे की हेलियम अणू (सर्वात लहान गॅस रेणू) देखील जाऊ शकत नाहीत. या जादुई गुणधर्मांना थेट ग्रेफाइटमधून वारसा मिळाला नाही, परंतु क्वांटम मेकॅनिक्समधून. त्याचे अद्वितीय विद्युत आणि ऑप्टिकल गुणधर्म हे निर्धारित करतात की त्यात विस्तृत अनुप्रयोग संभावना आहेत.

जरी ग्राफीन केवळ दहा वर्षांपेक्षा कमी काळासाठी दिसला आहे, परंतु त्याने बरेच तांत्रिक अनुप्रयोग दर्शविले आहेत, जे भौतिकशास्त्र आणि भौतिक विज्ञानाच्या क्षेत्रात फारच दुर्मिळ आहे. सामान्य साहित्य प्रयोगशाळेतून वास्तविक जीवनात जाण्यासाठी दहा वर्षांहून अधिक किंवा दशके लागतात. ग्राफीनचा वापर काय आहे? चला दोन उदाहरणे पाहूया.

मऊ पारदर्शक इलेक्ट्रोड
बर्‍याच विद्युत उपकरणांमध्ये, पारदर्शक प्रवाहकीय सामग्री इलेक्ट्रोड म्हणून वापरणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रॉनिक घड्याळे, कॅल्क्युलेटर, टेलिव्हिजन, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, टच स्क्रीन, सौर पॅनेल्स आणि इतर अनेक उपकरणे पारदर्शक इलेक्ट्रोडचे अस्तित्व सोडू शकत नाहीत. पारंपारिक पारदर्शक इलेक्ट्रोड इंडियम टिन ऑक्साईड (आयटीओ) वापरते. उच्च किंमत आणि इंडियमच्या मर्यादित पुरवठ्यामुळे, सामग्री ठिसूळ आणि लवचिकतेचा अभाव आहे आणि इलेक्ट्रोड व्हॅक्यूमच्या मध्यम थरात जमा करणे आवश्यक आहे आणि किंमत तुलनेने जास्त आहे. बर्‍याच काळापासून शास्त्रज्ञ आपला पर्याय शोधण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. पारदर्शकता, चांगली चालकता आणि सुलभ तयारीच्या आवश्यकतांव्यतिरिक्त, जर सामग्रीची लवचिकता स्वतःच चांगली असेल तर ती “इलेक्ट्रॉनिक पेपर” किंवा इतर फोल्ड करण्यायोग्य प्रदर्शन उपकरणे तयार करण्यासाठी योग्य असेल. म्हणून, लवचिकता देखील एक अतिशय महत्वाची बाब आहे. ग्राफीन ही एक सामग्री आहे, जी पारदर्शक इलेक्ट्रोड्ससाठी योग्य आहे.

दक्षिण कोरियामधील सॅमसंग आणि चेंगजुंगुआन विद्यापीठाच्या संशोधकांनी रासायनिक वाष्प जमा करून 30 इंचाच्या कर्ण लांबीसह ग्राफीन प्राप्त केला आणि ग्राफीन आधारित टच स्क्रीन [4] तयार करण्यासाठी 188 मायक्रॉन जाड पॉलिथिलीन टेरेफॅलेट (पीईटी) चित्रपटात हस्तांतरित केले. खालील आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, तांबे फॉइलवर उगवलेल्या ग्राफीनला प्रथम थर्मल स्ट्रिपिंग टेप (निळा पारदर्शक भाग) सह बंधनकारक आहे, नंतर तांबे फॉइल रासायनिक पद्धतीने विरघळली जाते आणि शेवटी ग्राफीन पाळीव प्राण्यांच्या चित्रपटात हस्तांतरित केली जाते. ?

नवीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणे
ग्राफीनमध्ये खूप अद्वितीय ऑप्टिकल गुणधर्म आहेत. जरी अणूंचा फक्त एकच थर आहे, परंतु तो दृश्यमान प्रकाशापासून ते इन्फ्रारेडपर्यंत संपूर्ण तरंगलांबी श्रेणीतील उत्सर्जित प्रकाशाच्या 2.3% प्रकाशित करू शकतो. या संख्येचा ग्राफीनच्या इतर सामग्री पॅरामीटर्सशी काही संबंध नाही आणि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स [6] द्वारे निर्धारित केला जातो. शोषलेल्या प्रकाशामुळे वाहक (इलेक्ट्रॉन आणि छिद्र) पिढी मिळतील. ग्राफीनमधील वाहकांची पिढी आणि वाहतूक पारंपारिक सेमीकंडक्टरपेक्षा खूप वेगळी आहे. हे अल्ट्राफास्ट फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणांसाठी ग्राफीन खूप योग्य बनवते. असा अंदाज आहे की अशा फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणे 500 जीएचझेडच्या वारंवारतेवर कार्य करू शकतात. जर ते सिग्नल ट्रान्समिशनसाठी वापरले गेले असेल तर ते प्रति सेकंद 500 अब्ज शून्य किंवा लोक प्रसारित करू शकते आणि दोन ब्लू रे डिस्कच्या सामग्रीचे प्रसारण एका सेकंदात पूर्ण करू शकते.

अमेरिकेतील आयबीएम थॉमस जे. वॉटसन रिसर्च सेंटरच्या तज्ञांनी 10 जीएचझेड वारंवारता [8] वर कार्य करू शकणार्‍या फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिव्हाइस तयार करण्यासाठी ग्राफीनचा वापर केला आहे. सर्वप्रथम, ग्राफीन फ्लेक्स सिलिकॉन सब्सट्रेटवर “टेप फाडण्याची पद्धत” द्वारे 300 एनएम जाड सिलिकाने तयार केले गेले होते आणि नंतर पॅलेडियम सोन्याचे किंवा टायटॅनियम सोन्याचे इलेक्ट्रोड 1 मायक्रॉनच्या अंतराने आणि 250 एनएमची रुंदी तयार केली गेली. अशा प्रकारे, ग्राफीन आधारित फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिव्हाइस प्राप्त केले जाते.

ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणे आणि स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (एसईएम) वास्तविक नमुन्यांचे फोटो स्कॅनिंग आकृती. आकृतीमधील ब्लॅक शॉर्ट लाइन 5 मायक्रॉनशी संबंधित आहे आणि धातूच्या ओळींमधील अंतर एक मायक्रॉन आहे.

प्रयोगांद्वारे, संशोधकांना असे आढळले की हे मेटल ग्राफीन मेटल स्ट्रक्चर फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिव्हाइस जास्तीत जास्त 16 जीएचझेडच्या कार्यरत वारंवारतेपर्यंत पोहोचू शकते आणि 300 एनएम (अल्ट्राव्हायोलेट जवळ) ते 6 मायक्रॉन (इन्फ्रारेड) पर्यंत तरंगलांबी श्रेणीत उच्च वेगाने कार्य करू शकते, तर तर, तर तर पारंपारिक फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन ट्यूब लांब तरंगलांबीसह इन्फ्रारेड लाइटला प्रतिसाद देऊ शकत नाही. ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणांच्या कार्यरत वारंवारतेमध्ये अद्याप सुधारण्यासाठी उत्तम जागा आहे. त्याच्या उत्कृष्ट कामगिरीमुळे संप्रेषण, रिमोट कंट्रोल आणि पर्यावरणीय देखरेखीसह विस्तृत अनुप्रयोग प्रॉस्पेक्ट्स आहेत.

अद्वितीय गुणधर्मांसह एक नवीन सामग्री म्हणून, ग्राफीनच्या अनुप्रयोगावरील संशोधन एकामागून एक उदयास येत आहे. आम्हाला येथे त्यांची गणना करणे कठीण आहे. भविष्यात, ग्राफीनपासून बनविलेले फील्ड इफेक्ट ट्यूब्स असू शकतात, दैनंदिन जीवनात ग्राफीनपासून बनविलेले रेणू आणि आण्विक डिटेक्टर बनलेले आण्विक स्विचेस असू शकतात… प्रयोगशाळेत हळूहळू बाहेर पडणारे ग्राफीन दैनंदिन जीवनात चमकेल.

आम्ही अपेक्षा करू शकतो की ग्राफीन वापरुन मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉनिक उत्पादने नजीकच्या भविष्यात दिसून येतील. आमचे स्मार्टफोन आणि नेटबुक गुंडाळले गेले, आपल्या कानावर पकडले गेले, आमच्या खिशात भरले किंवा वापरात नसताना आपल्या मनगटात गुंडाळले गेले तर ते किती मनोरंजक असेल याचा विचार करा!