តើការប្រើប្រាស់ក្រាហ្វីនមានអ្វីខ្លះ? ករណីអនុវត្តពីរអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកយល់ពីលទ្ធភាពនៃការអនុវត្តក្រាហ្វីន

នៅឆ្នាំ ២០១០ លោក Geim និងលោក Novoselov បានឈ្នះពានរង្វាន់ណូបែលផ្នែករូបវិទ្យាសម្រាប់ការងាររបស់ពួកគេលើក្រាហ្វីន។ ពានរង្វាន់នេះបានបន្សល់ទុកនូវចំណាប់អារម្មណ៍យ៉ាងជ្រាលជ្រៅចំពោះមនុស្សជាច្រើន។ យ៉ាងណាមិញ មិនមែនឧបករណ៍ពិសោធន៍រង្វាន់ណូបែលទាំងអស់សុទ្ធតែមានលក្ខណៈធម្មតាដូចកាសែតស្អិតនោះទេ ហើយមិនមែនគ្រប់វត្ថុស្រាវជ្រាវទាំងអស់សុទ្ធតែមានមន្តអាគម និងងាយយល់ដូចក្រាហ្វីន "គ្រីស្តាល់ពីរវិមាត្រ" នោះទេ។ ស្នាដៃនៅឆ្នាំ ២០០៤ អាចត្រូវបានផ្តល់ជូននៅឆ្នាំ ២០១០ ដែលកម្រមាននៅក្នុងកំណត់ត្រារង្វាន់ណូបែលក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ។

ក្រាហ្វីន គឺជាសារធាតុមួយប្រភេទដែលមានស្រទាប់អាតូមកាបូនតែមួយស្រទាប់ដែលរៀបចំយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅជាបន្ទះឈើរាងឆកោនរាងសំបុកឃ្មុំពីរវិមាត្រ។ ដូចជាពេជ្រ ក្រាហ្វីត ហ្វូលលើរីន បំពង់ណាណូកាបូន និងកាបូនអសណ្ឋាន វាគឺជាសារធាតុ (សារធាតុសាមញ្ញ) ដែលផ្សំឡើងពីធាតុកាបូន។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពខាងក្រោម ហ្វូលលើរីន និងបំពង់ណាណូកាបូនអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាត្រូវបានរមូរឡើងតាមវិធីណាមួយពីស្រទាប់ក្រាហ្វីនតែមួយ ដែលត្រូវបានដាក់ជង់ដោយស្រទាប់ក្រាហ្វីនជាច្រើនស្រទាប់។ ការស្រាវជ្រាវទ្រឹស្តីលើការប្រើប្រាស់ក្រាហ្វីនដើម្បីពិពណ៌នាអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិនៃសារធាតុកាបូនសាមញ្ញផ្សេងៗ (ក្រាហ្វីត បំពង់ណាណូកាបូន និងក្រាហ្វីន) មានរយៈពេលជិត 60 ឆ្នាំមកហើយ ប៉ុន្តែជាទូទៅគេជឿថាសម្ភារៈពីរវិមាត្របែបនេះពិបាកនឹងមានស្ថេរភាពតែម្នាក់ឯង ដោយភ្ជាប់តែទៅនឹងផ្ទៃស្រទាប់បីវិមាត្រ ឬនៅខាងក្នុងសារធាតុដូចជាក្រាហ្វីត។ រហូតដល់ឆ្នាំ 2004 ទើប Andre Geim និងសិស្សរបស់គាត់ Konstantin Novoselov បានដោះស្រទាប់ក្រាហ្វីនតែមួយចេញពីក្រាហ្វីតតាមរយៈការពិសោធន៍ ទើបការស្រាវជ្រាវលើក្រាហ្វីនសម្រេចបាននូវការអភិវឌ្ឍថ្មី។

ទាំងហ្វូលលើរីន (ខាងឆ្វេង) និងណាណូបំពង់កាបូន (កណ្តាល) អាចត្រូវបានចាត់ទុកថាត្រូវបានរមូរឡើងដោយស្រទាប់ក្រាហ្វីនតែមួយតាមមធ្យោបាយណាមួយ ខណៈពេលដែលក្រាហ្វីត (ខាងស្តាំ) ត្រូវបានជង់ដោយស្រទាប់ក្រាហ្វីនច្រើនស្រទាប់តាមរយៈការតភ្ជាប់នៃកម្លាំងវ៉ាន់ដឺវ៉ាល់។

សព្វថ្ងៃនេះ ក្រាហ្វីនអាចទទួលបានតាមវិធីជាច្រើន ហើយវិធីសាស្រ្តផ្សេងៗគ្នាមានគុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិរៀងៗខ្លួន។ Geim និង Novoselov ទទួលបានក្រាហ្វីនតាមរបៀបសាមញ្ញមួយ។ ដោយប្រើកាសែតថ្លាដែលមាននៅតាមផ្សារទំនើប ពួកគេបានបកក្រាហ្វីន ដែលជាសន្លឹកក្រាហ្វីតដែលមានស្រទាប់អាតូមកាបូនក្រាស់តែមួយស្រទាប់ ពីក្រាហ្វីត pyrolytic លំដាប់ខ្ពស់។ នេះជាការងាយស្រួល ប៉ុន្តែការគ្រប់គ្រងមិនសូវល្អទេ ហើយក្រាហ្វីនដែលមានទំហំតិចជាង 100 មីក្រូន (មួយភាគដប់នៃមីលីម៉ែត្រ) អាចទទួលបានតែប៉ុណ្ណោះ ដែលអាចប្រើសម្រាប់ការពិសោធន៍ ប៉ុន្តែវាពិបាកក្នុងការប្រើសម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែង។ ការដាក់ចំហាយគីមីអាចដាំគំរូក្រាហ្វីនដែលមានទំហំរាប់សិបសង់ទីម៉ែត្រនៅលើផ្ទៃលោហៈ។ ទោះបីជាតំបន់ដែលមានទិសដៅស្របគ្នាមានត្រឹមតែ 100 មីក្រូន [3,4] ក៏ដោយ វាសមស្របសម្រាប់តម្រូវការផលិតកម្មនៃកម្មវិធីមួយចំនួន។ វិធីសាស្រ្តទូទៅមួយទៀតគឺកំដៅគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុនកាប៊ីដ (SIC) ដល់ជាង 1100 ℃ ក្នុងកន្លែងទំនេរ ដើម្បីឱ្យអាតូមស៊ីលីកុននៅជិតផ្ទៃហួត ហើយអាតូមកាបូនដែលនៅសល់ត្រូវបានរៀបចំឡើងវិញ ដែលក៏អាចទទួលបានគំរូក្រាហ្វីនដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អផងដែរ។

ក្រាហ្វីន គឺជាវត្ថុធាតុថ្មីមួយដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិពិសេស៖ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់វាល្អឥតខ្ចោះដូចទង់ដែង ហើយចរន្តកម្ដៅរបស់វាល្អជាងវត្ថុធាតុដែលគេស្គាល់ទាំងអស់។ វាមានតម្លាភាពខ្លាំង។ មានតែផ្នែកតូចមួយ (2.3%) នៃពន្លឺដែលអាចមើលឃើញបញ្ឈរប៉ុណ្ណោះដែលនឹងត្រូវបានស្រូបយកដោយក្រាហ្វីន ហើយពន្លឺភាគច្រើននឹងឆ្លងកាត់។ វាមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ ដែលសូម្បីតែអាតូមអេលីយ៉ូម (ម៉ូលេគុលឧស្ម័នតូចបំផុត) ក៏មិនអាចឆ្លងកាត់បានដែរ។ លក្ខណៈសម្បត្តិវេទមន្តទាំងនេះមិនត្រូវបានទទួលមរតកដោយផ្ទាល់ពីក្រាហ្វីតទេ ប៉ុន្តែមកពីមេកានិចកង់ទិច។ លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនី និងអុបទិកតែមួយគត់របស់វាកំណត់ថាវាមានទស្សនវិស័យអនុវត្តយ៉ាងទូលំទូលាយ។

ទោះបីជាក្រាហ្វីនបានលេចឡើងត្រឹមតែតិចជាងដប់ឆ្នាំក៏ដោយ វាបានបង្ហាញពីការអនុវត្តបច្ចេកទេសជាច្រើន ដែលកម្រមានណាស់នៅក្នុងវិស័យរូបវិទ្យា និងវិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារៈ។ វាត្រូវចំណាយពេលជាងដប់ឆ្នាំ ឬសូម្បីតែរាប់ទសវត្សរ៍សម្រាប់សម្ភារៈទូទៅដើម្បីផ្លាស់ប្តូរពីមន្ទីរពិសោធន៍ទៅជីវិតពិត។ តើក្រាហ្វីនមានប្រយោជន៍អ្វី? ចូរយើងពិនិត្យមើលឧទាហរណ៍ពីរ។

អេឡិចត្រូតទន់ថ្លា
នៅក្នុងឧបករណ៍អគ្គិសនីជាច្រើន សម្ភារៈដែលដឹកនាំដោយចរន្តថ្លាត្រូវប្រើជាអេឡិចត្រូត។ នាឡិកាអេឡិចត្រូនិច ម៉ាស៊ីនគិតលេខ ទូរទស្សន៍ អេក្រង់គ្រីស្តាល់រាវ អេក្រង់ប៉ះ បន្ទះសូឡា និងឧបករណ៍ជាច្រើនទៀតមិនអាចទុកអេឡិចត្រូតថ្លាបានទេ។ អេឡិចត្រូតថ្លាបែបប្រពៃណីប្រើអុកស៊ីដសំណប៉ាហាំងអ៊ីដ្យូម (ITO)។ ដោយសារតែតម្លៃខ្ពស់ និងការផ្គត់ផ្គង់អ៊ីដ្យូមមានកំណត់ សម្ភារៈនេះមានភាពផុយស្រួយ និងខ្វះភាពបត់បែន ហើយអេឡិចត្រូតត្រូវដាក់ក្នុងស្រទាប់កណ្តាលនៃកន្លែងទំនេរ ហើយតម្លៃក៏ខ្ពស់ដែរ។ អស់រយៈពេលជាយូរមកហើយ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានព្យាយាមស្វែងរកជំនួសរបស់វា។ បន្ថែមពីលើតម្រូវការនៃតម្លាភាព ចរន្តល្អ និងការរៀបចំងាយស្រួល ប្រសិនបើភាពបត់បែននៃសម្ភារៈខ្លួនវាល្អ វានឹងសមស្របសម្រាប់ធ្វើ "ក្រដាសអេឡិចត្រូនិច" ឬឧបករណ៍បង្ហាញដែលអាចបត់បានផ្សេងទៀត។ ដូច្នេះ ភាពបត់បែនក៏ជាទិដ្ឋភាពដ៏សំខាន់ផងដែរ។ ក្រាហ្វីនគឺជាសម្ភារៈបែបនេះ ដែលស័ក្តិសមណាស់សម្រាប់អេឡិចត្រូតថ្លា។

ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវមកពីក្រុមហ៊ុន Samsung និងសាកលវិទ្យាល័យ Chengguan ក្នុងប្រទេសកូរ៉េខាងត្បូង ទទួលបានក្រាហ្វីនដែលមានប្រវែងអង្កត់ទ្រូង 30 អ៊ីញ ដោយការដាក់ចំហាយគីមី ហើយបានផ្ទេរវាទៅខ្សែភាពយន្តប៉ូលីអេទីឡែនតេរ៉េហ្វថាឡាត (PET) កម្រាស់ 188 មីក្រូន ដើម្បីបង្កើតអេក្រង់ប៉ះដែលមានមូលដ្ឋានលើក្រាហ្វីន [4]។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពខាងក្រោម ក្រាហ្វីនដែលដុះលើបន្ទះទង់ដែងត្រូវបានភ្ជាប់ជាមុនសិនជាមួយនឹងកាសែតបិទកម្ដៅ (ផ្នែកថ្លាពណ៌ខៀវ) បន្ទាប់មកបន្ទះទង់ដែងត្រូវបានរំលាយដោយវិធីសាស្ត្រគីមី ហើយចុងក្រោយ ក្រាហ្វីនត្រូវបានផ្ទេរទៅខ្សែភាពយន្ត PET ដោយកំដៅ។

ឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺថ្មី
ក្រាហ្វីនមានលក្ខណៈសម្បត្តិអុបទិកពិសេសបំផុត។ ទោះបីជាមានអាតូមតែមួយស្រទាប់ក៏ដោយ វាអាចស្រូបយកពន្លឺបាន 2.3% នៃពន្លឺដែលបញ្ចេញនៅក្នុងជួររលកពន្លឺទាំងមូលចាប់ពីពន្លឺដែលអាចមើលឃើញរហូតដល់ពន្លឺអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ។ ចំនួននេះមិនមានអ្វីទាក់ទងនឹងប៉ារ៉ាម៉ែត្រសម្ភារៈផ្សេងទៀតរបស់ក្រាហ្វីនទេ ​​ហើយត្រូវបានកំណត់ដោយអេឡិចត្រូឌីណាមិកកង់ទិច [6]។ ពន្លឺដែលស្រូបយកនឹងនាំទៅរកការបង្កើតឧបករណ៍ផ្ទុក (អេឡិចត្រុង និងរន្ធ)។ ការបង្កើត និងការដឹកជញ្ជូនឧបករណ៍ផ្ទុកនៅក្នុងក្រាហ្វីនគឺខុសគ្នាខ្លាំងណាស់ពីឧបករណ៍នៅក្នុងស៊ីមីកុងដុកទ័រប្រពៃណី។ នេះធ្វើឱ្យក្រាហ្វីនស័ក្តិសមបំផុតសម្រាប់ឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺលឿនបំផុត។ វាត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណថាឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺបែបនេះអាចដំណើរការក្នុងប្រេកង់ 500ghz។ ប្រសិនបើវាត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការបញ្ជូនសញ្ញា វាអាចបញ្ជូនសូន្យ ឬមួយចំនួន 500 ពាន់លានក្នុងមួយវិនាទី ហើយបញ្ចប់ការបញ្ជូនមាតិកានៃឌីស Blu-ray ពីរក្នុងរយៈពេលមួយវិនាទី។

អ្នកជំនាញមកពីមជ្ឈមណ្ឌលស្រាវជ្រាវ IBM Thomas J. Watson នៅសហរដ្ឋអាមេរិកបានប្រើប្រាស់ក្រាហ្វីនដើម្បីផលិតឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺដែលអាចដំណើរការក្នុងប្រេកង់ 10GHz [8]។ ដំបូងឡើយ បន្ទះក្រាហ្វីនត្រូវបានរៀបចំនៅលើស្រទាប់ស៊ីលីកុនដែលគ្របដណ្ដប់ដោយស៊ីលីកាក្រាស់ 300 nm ដោយ "វិធីសាស្ត្ររហែកកាសែត" ហើយបន្ទាប់មកអេឡិចត្រូតមាសប៉ាឡាដ្យូម ឬមាសទីតានីញ៉ូមដែលមានចន្លោះពេល 1 មីក្រូន និងទទឹង 250 nm ត្រូវបានផលិតនៅលើវា។ តាមរបៀបនេះ ឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺដែលមានមូលដ្ឋានលើក្រាហ្វីនត្រូវបានទទួល។

ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺក្រាហ្វីន និងរូបថតមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន (SEM) នៃគំរូពិតប្រាកដ។ ខ្សែខ្លីពណ៌ខ្មៅនៅក្នុងរូបភាពត្រូវគ្នានឹង 5 មីក្រូន ហើយចម្ងាយរវាងខ្សែលោហៈគឺមួយមីក្រូន។

តាមរយៈការពិសោធន៍ អ្នកស្រាវជ្រាវបានរកឃើញថា ឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺប្រភេទ photoelectric ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធលោហៈ graphene នេះអាចឈានដល់ប្រេកង់ការងារអតិបរមា 16ghz ហើយអាចដំណើរការក្នុងល្បឿនលឿនក្នុងចន្លោះរលកពន្លឺចាប់ពី 300 nm (ជិត ultraviolet) ដល់ 6 microns (អ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ) ខណៈដែលបំពង់បញ្ចូលពន្លឺប្រភេទ photoelectric បែបប្រពៃណីមិនអាចឆ្លើយតបទៅនឹងពន្លឺអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដដែលមានរលកពន្លឺវែងជាងនេះបានទេ។ ប្រេកង់ការងាររបស់ឧបករណ៍បញ្ចូលពន្លឺប្រភេទ photoelectric ដែលមាន graphene នៅតែមានកន្លែងល្អសម្រាប់កែលម្អ។ ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់របស់វាធ្វើឱ្យវាមានលទ្ធភាពប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយ រួមទាំងការទំនាក់ទំនង ការបញ្ជាពីចម្ងាយ និងការត្រួតពិនិត្យបរិស្ថាន។

ក្នុងនាមជាសម្ភារៈថ្មីមួយដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិពិសេស ការស្រាវជ្រាវលើការអនុវត្តក្រាហ្វីនកំពុងលេចចេញជារូបរាងជាបន្តបន្ទាប់។ វាពិបាកសម្រាប់យើងក្នុងការរាប់បញ្ចូលពួកវានៅទីនេះ។ នៅពេលអនាគត អាចមានបំពង់បែបផែនវាលដែលធ្វើពីក្រាហ្វីន ឧបករណ៍ប្តូរម៉ូលេគុលដែលធ្វើពីក្រាហ្វីន និងឧបករណ៍ចាប់ម៉ូលេគុលដែលធ្វើពីក្រាហ្វីនក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ... ក្រាហ្វីនដែលចេញពីមន្ទីរពិសោធន៍បន្តិចម្តងៗនឹងភ្លឺចែងចាំងក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ។

យើងអាចរំពឹងថាផលិតផលអេឡិចត្រូនិចមួយចំនួនធំដែលប្រើប្រាស់ក្រាហ្វីននឹងលេចចេញជារូបរាងនាពេលអនាគតដ៏ខ្លីខាងមុខនេះ។ សូមគិតអំពីថាតើវានឹងគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍យ៉ាងណាប្រសិនបើស្មាតហ្វូន និងកុំព្យូទ័រយួរដៃរបស់យើងអាចត្រូវបានរមូរឡើង ខ្ទាស់នឹងត្រចៀករបស់យើង ញាត់ក្នុងហោប៉ៅរបស់យើង ឬរុំជុំវិញកដៃរបស់យើងនៅពេលមិនប្រើប្រាស់!