ການໃຊ້ກຣາຟີນແມ່ນຫຍັງ? ສອງກໍລະນີການນຳໃຊ້ຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານເຂົ້າໃຈຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການນຳໃຊ້ກຣາຟີນ

ໃນປີ 2010, Geim ແລະ Novoselov ໄດ້ຮັບລາງວັນໂນແບລສາຂາຟີຊິກສ໌ ສຳລັບຜົນງານຂອງເຂົາເຈົ້າກ່ຽວກັບ graphene. ລາງວັນນີ້ໄດ້ສ້າງຄວາມປະທັບໃຈຢ່າງເລິກເຊິ່ງໃຫ້ກັບຫຼາຍໆຄົນ. ຫຼັງຈາກທີ່ທັງໝົດ, ບໍ່ແມ່ນເຄື່ອງມືທົດລອງລາງວັນໂນແບລທຸກອັນຈະເປັນເລື່ອງທຳມະດາຄືກັບເທບກາວ, ແລະບໍ່ແມ່ນວັດຖຸຄົ້ນຄວ້າທຸກອັນຈະມີຄວາມມະຫັດສະຈັນ ແລະເຂົ້າໃຈງ່າຍຄືກັບ graphene "ຜລຶກສອງມິຕິ". ຜົນງານໃນປີ 2004 ສາມາດໄດ້ຮັບລາງວັນໃນປີ 2010, ເຊິ່ງຫາຍາກໃນບັນທຶກລາງວັນໂນແບລໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້.

ກຣາຟີນເປັນສານຊະນິດໜຶ່ງທີ່ປະກອບດ້ວຍອະຕອມຄາບອນຊັ້ນດຽວທີ່ຈັດລຽງຢ່າງໃກ້ຊິດເປັນຕາຂ່າຍຮູບຫົກຫຼ່ຽມຮັງເຜິ້ງສອງມິຕິ. ເຊັ່ນດຽວກັບເພັດ, ກຣາຟີນ, ຟູເລຣີນ, ທໍ່ນາໂນຄາບອນ ແລະ ຄາບອນອະຮູບຮ່າງ, ມັນເປັນສານ (ສານງ່າຍໆ) ທີ່ປະກອບດ້ວຍອົງປະກອບຄາບອນ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້, ຟູເລຣີນ ແລະ ທໍ່ນາໂນຄາບອນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າເປັນມ້ວນຂຶ້ນໃນບາງທາງຈາກຊັ້ນດຽວຂອງກຣາຟີນ, ເຊິ່ງຖືກວາງຊ້ອນກັນໂດຍຫຼາຍຊັ້ນຂອງກຣາຟີນ. ການຄົ້ນຄວ້າທາງທິດສະດີກ່ຽວກັບການນຳໃຊ້ກຣາຟີນເພື່ອອະທິບາຍຄຸນສົມບັດຂອງສານຄາບອນງ່າຍໆຕ່າງໆ (ກຣາຟີດ, ທໍ່ນາໂນຄາບອນ ແລະ ກຣາຟີນ) ໄດ້ດຳເນີນມາເປັນເວລາເກືອບ 60 ປີ, ແຕ່ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວເຊື່ອກັນວ່າວັດສະດຸສອງມິຕິດັ່ງກ່າວຍາກທີ່ຈະມີຢູ່ຢ່າງໝັ້ນຄົງດ້ວຍຕົວມັນເອງ, ພຽງແຕ່ຕິດກັບໜ້າດິນສາມມິຕິ ຫຼື ພາຍໃນສານເຊັ່ນກຣາຟີນ. ຈົນຮອດປີ 2004 ທີ່ Andre Geim ແລະ ນັກສຶກສາຂອງລາວ Konstantin Novoselov ໄດ້ລອກກຣາຟີນຊັ້ນດຽວອອກຈາກກຣາຟີນຜ່ານການທົດລອງທີ່ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບກຣາຟີນບັນລຸການພັດທະນາໃໝ່.

ທັງຟູເລີລີນ (ຊ້າຍ) ແລະ ທໍ່ນາໂນຄາບອນ (ກາງ) ສາມາດຖືກເບິ່ງວ່າຖືກມ້ວນຂຶ້ນໂດຍຊັ້ນດຽວຂອງກຣາຟີນໃນບາງທາງ, ໃນຂະນະທີ່ກຣາຟີນ (ຂວາ) ຖືກວາງຊ້ອນກັນໂດຍຫຼາຍຊັ້ນຂອງກຣາຟີນຜ່ານການເຊື່ອມຕໍ່ຂອງແຮງແວນເດີວາລ.

ໃນປັດຈຸບັນ, ກຣາຟີນສາມາດໄດ້ຮັບຫຼາຍວິທີ, ແລະວິທີການຕ່າງໆມີຂໍ້ດີ ແລະ ຂໍ້ເສຍຂອງຕົນເອງ. Geim ແລະ Novoselov ໄດ້ຮັບກຣາຟີນດ້ວຍວິທີທີ່ງ່າຍດາຍ. ໂດຍໃຊ້ເທບໂປ່ງໃສທີ່ມີຢູ່ໃນສັບພະສິນຄ້າ, ພວກເຂົາໄດ້ລອກກຣາຟີນ, ແຜ່ນກຣາຟີນທີ່ມີຄວາມໜາພຽງຊັ້ນດຽວຂອງອະຕອມຄາບອນ, ຈາກຊິ້ນສ່ວນຂອງກຣາຟີນໄພໂຣໄລຕິກລະດັບສູງ. ນີ້ແມ່ນສະດວກ, ແຕ່ການຄວບຄຸມບໍ່ດີປານໃດ, ແລະ ກຣາຟີນທີ່ມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ 100 ໄມຄຣອນ (ໜຶ່ງສ່ວນສິບຂອງມິນລິແມັດ) ສາມາດໄດ້ຮັບເທົ່ານັ້ນ, ເຊິ່ງສາມາດໃຊ້ສຳລັບການທົດລອງ, ແຕ່ມັນຍາກທີ່ຈະໃຊ້ສຳລັບການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ. ການວາງໄອນ້ຳເຄມີສາມາດປູກຕົວຢ່າງກຣາຟີນທີ່ມີຂະໜາດຫຼາຍສິບຊັງຕີແມັດຢູ່ເທິງໜ້າດິນໂລຫະ. ເຖິງແມ່ນວ່າພື້ນທີ່ທີ່ມີທິດທາງທີ່ສອດຄ່ອງແມ່ນພຽງແຕ່ 100 ໄມຄຣອນ [3,4], ມັນເໝາະສົມກັບຄວາມຕ້ອງການການຜະລິດຂອງບາງການນຳໃຊ້. ວິທີການທົ່ວໄປອີກອັນໜຶ່ງແມ່ນການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນແກ່ຜລຶກຊິລິກອນຄາໄບ (SIC) ໃຫ້ຫຼາຍກວ່າ 1100 ℃ ໃນສູນຍາກາດ, ເພື່ອໃຫ້ອະຕອມຊິລິກອນໃກ້ໜ້າດິນລະເຫີຍ, ແລະອະຕອມຄາບອນທີ່ເຫຼືອຖືກຈັດລຽງໃໝ່, ເຊິ່ງຍັງສາມາດໄດ້ຮັບຕົວຢ່າງກຣາຟີນທີ່ມີຄຸນສົມບັດດີ.

ກຣາຟີນເປັນວັດສະດຸໃໝ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດພິເສດ: ຄວາມນຳໄຟຟ້າຂອງມັນດີເລີດເທົ່າກັບທອງແດງ, ແລະ ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງມັນດີກ່ວາວັດສະດຸອື່ນໆທີ່ຮູ້ຈັກ. ມັນໂປ່ງໃສຫຼາຍ. ມີພຽງສ່ວນນ້ອຍໆ (2.3%) ຂອງແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ໃນແນວຕັ້ງເທົ່ານັ້ນທີ່ຈະຖືກດູດຊຶມໂດຍກຣາຟີນ, ແລະແສງສ່ວນໃຫຍ່ຈະຜ່ານໄປໄດ້. ມັນມີຄວາມໜາແໜ້ນຫຼາຍຈົນແມ້ກະທັ້ງອະຕອມຮີລຽມ (ໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດ) ກໍ່ບໍ່ສາມາດຜ່ານໄປໄດ້. ຄຸນສົມບັດມະຫັດສະຈັນເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ໄດ້ຮັບມໍລະດົກໂດຍກົງຈາກກຣາຟີນ, ແຕ່ມາຈາກກົນຈັກຄວອນຕຳ. ຄຸນສົມບັດທາງໄຟຟ້າ ແລະ ທາງແສງທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງມັນກຳນົດວ່າມັນມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ເຖິງແມ່ນວ່າ graphene ໄດ້ປະກົດຕົວພຽງແຕ່ບໍ່ຮອດສິບປີ, ແຕ່ມັນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການນໍາໃຊ້ດ້ານວິຊາການຫຼາຍຢ່າງ, ເຊິ່ງຫາຍາກຫຼາຍໃນຂົງເຂດຟີຊິກສາດ ແລະ ວິທະຍາສາດວັດສະດຸ. ມັນໃຊ້ເວລາຫຼາຍກວ່າສິບປີ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ຫຼາຍທົດສະວັດສໍາລັບວັດສະດຸທົ່ວໄປທີ່ຈະຍ້າຍຈາກຫ້ອງທົດລອງໄປສູ່ຊີວິດຈິງ. graphene ມີປະໂຫຍດຫຍັງ? ລອງເບິ່ງສອງຕົວຢ່າງ.

ເອເລັກໂຕຣດໂປ່ງໃສອ່ອນ
ໃນເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າຫຼາຍຊະນິດ, ວັດສະດຸທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ແບບໂປ່ງໃສຈຳເປັນຕ້ອງໃຊ້ເປັນຂົ້ວໄຟຟ້າ. ໂມງເອເລັກໂຕຣນິກ, ເຄື່ອງຄິດເລກ, ໂທລະພາບ, ຈໍສະແດງຜົນແກ້ວແຫຼວ, ໜ້າຈໍສຳຜັດ, ແຜງໂຊລາເຊວ ແລະ ອຸປະກອນອື່ນໆອີກຫຼາຍຢ່າງບໍ່ສາມາດປ່ອຍໃຫ້ຂົ້ວໄຟຟ້າໂປ່ງໃສໄດ້. ຂົ້ວໄຟຟ້າໂປ່ງໃສແບບດັ້ງເດີມໃຊ້ອິນດຽມທິນອອກໄຊ (ITO). ເນື່ອງຈາກລາຄາສູງ ແລະ ການສະໜອງອິນດຽມທີ່ຈຳກັດ, ວັດສະດຸດັ່ງກ່າວຈຶ່ງແຕກຫັກງ່າຍ ແລະ ຂາດຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ແລະ ຂົ້ວໄຟຟ້າຕ້ອງໄດ້ວາງໄວ້ໃນຊັ້ນກາງຂອງສູນຍາກາດ, ແລະ ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສູງ. ເປັນເວລາດົນນານ, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ພະຍາຍາມຊອກຫາສິ່ງທົດແທນຂອງມັນ. ນອກເໜືອໄປຈາກຄວາມຕ້ອງການຂອງຄວາມໂປ່ງໃສ, ຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ດີ ແລະ ການກະກຽມງ່າຍ, ຖ້າຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງວັດສະດຸເອງດີ, ມັນຈະເໝາະສົມສຳລັບການເຮັດ "ເຈ້ຍເອເລັກໂຕຣນິກ" ຫຼື ອຸປະກອນສະແດງຜົນແບບພັບໄດ້ອື່ນໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນກໍ່ເປັນລັກສະນະທີ່ສຳຄັນຫຼາຍ. ກຣາຟີນເປັນວັດສະດຸດັ່ງກ່າວ, ເຊິ່ງເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບຂົ້ວໄຟຟ້າໂປ່ງໃສ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າຈາກ Samsung ແລະ ມະຫາວິທະຍາໄລ chengjunguan ໃນເກົາຫຼີໃຕ້ ໄດ້ຮັບ graphene ທີ່ມີຄວາມຍາວຕາມແນວຂວາງ 30 ນິ້ວ ໂດຍການວາງອາຍເຄມີ ແລະ ໂອນມັນໄປໃສ່ຟິມ polyethylene terephthalate (PET) ໜາ 188 ໄມຄຣອນ ເພື່ອຜະລິດໜ້າຈໍສຳຜັດທີ່ອີງໃສ່ graphene [4]. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້, graphene ທີ່ປູກຢູ່ເທິງແຜ່ນທອງແດງຈະຖືກຜູກມັດກັບເທບລອກຄວາມຮ້ອນ (ສ່ວນໂປ່ງໃສສີຟ້າ), ຫຼັງຈາກນັ້ນແຜ່ນທອງແດງຈະຖືກລະລາຍໂດຍວິທີທາງເຄມີ, ແລະ ສຸດທ້າຍ graphene ຈະຖືກໂອນໄປຫາຟິມ PET ໂດຍການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ.

ອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າແບບໃໝ່
ກຣາຟີນມີຄຸນສົມບັດທາງດ້ານແສງທີ່ເປັນເອກະລັກຫຼາຍ. ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີພຽງຊັ້ນດຽວຂອງອະຕອມ, ແຕ່ມັນສາມາດດູດຊຶມແສງທີ່ປ່ອຍອອກມາໄດ້ 2.3% ໃນຊ່ວງຄວາມຍາວຄື້ນທັງໝົດຕັ້ງແຕ່ແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ຈົນເຖິງອິນຟາເຣດ. ຕົວເລກນີ້ບໍ່ມີຫຍັງກ່ຽວຂ້ອງກັບຕົວກໍານົດວັດສະດຸອື່ນໆຂອງກຣາຟີນ ແລະ ຖືກກໍານົດໂດຍໄຟຟ້າໄດນາມິກຄວອນຕຳ [6]. ແສງທີ່ດູດຊຶມຈະນໍາໄປສູ່ການສ້າງຕົວນໍາ (ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູ). ການສ້າງ ແລະ ການຂົນສົ່ງຕົວນໍາໃນກຣາຟີນແຕກຕ່າງຈາກຕົວນໍາໃນເຄິ່ງຕົວນໍາແບບດັ້ງເດີມຫຼາຍ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ກຣາຟີນເໝາະສົມຫຼາຍສໍາລັບອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າທີ່ໄວຫຼາຍ. ຄາດຄະເນວ່າອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າດັ່ງກ່າວອາດຈະເຮັດວຽກໃນຄວາມຖີ່ 500ghz. ຖ້າມັນຖືກໃຊ້ສໍາລັບການສົ່ງສັນຍານ, ມັນສາມາດສົ່ງສູນ ຫຼື ໜຶ່ງ ໄດ້ 500 ຕື້ຕົວຕໍ່ວິນາທີ, ແລະ ສໍາເລັດການສົ່ງເນື້ອໃນຂອງແຜ່ນ Blu-ray ສອງແຜ່ນພາຍໃນໜຶ່ງວິນາທີ.

ຜູ້ຊ່ຽວຊານຈາກສູນຄົ້ນຄວ້າ IBM Thomas J. Watson ໃນສະຫະລັດອາເມລິກາໄດ້ໃຊ້ graphene ເພື່ອຜະລິດອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າທີ່ສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ທີ່ຄວາມຖີ່ 10GHz [8]. ກ່ອນອື່ນໝົດ, ເກັດ graphene ໄດ້ຖືກກະກຽມຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຊິລິກອນທີ່ປົກຄຸມດ້ວຍຊິລິກາໜາ 300 nm ໂດຍ "ວິທີການຈີກເທບ", ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຂົ້ວໄຟຟ້າຄຳ palladium ຫຼື titanium ທີ່ມີໄລຍະຫ່າງ 1 micron ແລະກວ້າງ 250 nm ໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນເທິງມັນ. ດ້ວຍວິທີນີ້, ຈຶ່ງໄດ້ຮັບອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າທີ່ອີງໃສ່ graphene.

ແຜນວາດພາບຂອງອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າດ້ວຍກຣາຟີນ ແລະ ຮູບພາບຈາກກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສະແກນ (SEM) ຂອງຕົວຢ່າງຕົວຈິງ. ເສັ້ນສັ້ນສີດຳໃນຮູບກົງກັບ 5 ໄມຄຣອນ, ແລະ ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງເສັ້ນໂລຫະແມ່ນໜຶ່ງໄມຄຣອນ.

ຜ່ານການທົດລອງ, ນັກຄົ້ນຄວ້າພົບວ່າອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າທີ່ເຮັດດ້ວຍໂລຫະ graphene ນີ້ສາມາດບັນລຸຄວາມຖີ່ໃນການເຮັດວຽກຂອງສູງສຸດ 16ghz, ແລະສາມາດເຮັດວຽກດ້ວຍຄວາມໄວສູງໃນຊ່ວງຄວາມຍາວຄື້ນຕັ້ງແຕ່ 300 nm (ໃກ້ ultraviolet) ຫາ 6 microns (ອິນຟາເຣດ), ໃນຂະນະທີ່ທໍ່ກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າແບບດັ້ງເດີມບໍ່ສາມາດຕອບສະໜອງຕໍ່ແສງອິນຟາເຣດທີ່ມີຄວາມຍາວຄື້ນຍາວກວ່າ. ຄວາມຖີ່ໃນການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນການກະຕຸ້ນແສງໄຟຟ້າ graphene ຍັງມີພື້ນທີ່ຫຼາຍສຳລັບການປັບປຸງ. ປະສິດທິພາບທີ່ດີເລີດຂອງມັນເຮັດໃຫ້ມັນມີທ່າແຮງໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ລວມທັງການສື່ສານ, ການຄວບຄຸມໄລຍະໄກ ແລະ ການຕິດຕາມກວດກາສິ່ງແວດລ້ອມ.

ໃນຖານະທີ່ເປັນວັດສະດຸໃໝ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກ, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບການນຳໃຊ້ກຣາຟີນກຳລັງເກີດຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ. ມັນຍາກສຳລັບພວກເຮົາທີ່ຈະລະບຸພວກມັນຢູ່ທີ່ນີ້. ໃນອະນາຄົດ, ອາດຈະມີທໍ່ຜົນກະທົບພາກສະໜາມທີ່ເຮັດດ້ວຍກຣາຟີນ, ສະວິດໂມເລກຸນທີ່ເຮັດດ້ວຍກຣາຟີນ ແລະ ເຄື່ອງກວດຈັບໂມເລກຸນທີ່ເຮັດດ້ວຍກຣາຟີນໃນຊີວິດປະຈຳວັນ... ກຣາຟີນທີ່ຄ່ອຍໆອອກມາຈາກຫ້ອງທົດລອງຈະສ່ອງແສງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ.

ພວກເຮົາສາມາດຄາດຫວັງໄດ້ວ່າຜະລິດຕະພັນເອເລັກໂຕຣນິກຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍທີ່ໃຊ້ກຣາຟີນຈະປາກົດຂຶ້ນໃນອະນາຄົດອັນໃກ້ນີ້. ລອງຄິດເບິ່ງວ່າມັນຈະໜ້າສົນໃຈສໍ່າໃດ ຖ້າໂທລະສັບສະຫຼາດ ແລະ ເນັດບຸກຂອງພວກເຮົາສາມາດມ້ວນຂຶ້ນ, ໜີບໃສ່ຫູ, ຍັດໃສ່ຖົງ, ຫຼື ພັນອ້ອມຂໍ້ມືຂອງພວກເຮົາເມື່ອບໍ່ໄດ້ໃຊ້ງານ!