گرافين جو استعمال ڇا آهي؟ ٻه ايپليڪيشن ڪيس توهان کي گرافين جي ايپليڪيشن جي امڪان کي سمجهڻ ۾ مدد ڪن ٿا.

2010 ۾، گيم ۽ نووسلوف کي گرافين تي پنهنجي ڪم لاءِ فزڪس ۾ نوبل انعام مليو. هن انعام ڪيترن ئي ماڻهن تي گهرو تاثر ڇڏيو آهي. آخرڪار، هر نوبل انعام تجرباتي اوزار چپڪندڙ ٽيپ جيترو عام ناهي، ۽ هر تحقيقي شيءِ "ٻه طرفي ڪرسٽل" گرافين جيترو جادوئي ۽ سمجهڻ ۾ آسان ناهي. 2004 ۾ ڪم 2010 ۾ ڏنو وڃي سگهي ٿو، جيڪو تازن سالن ۾ نوبل انعام جي رڪارڊ ۾ نادر آهي.

گرافين هڪ قسم جو مادو آهي جيڪو ڪاربن ايٽم جي هڪ واحد پرت تي مشتمل آهي جيڪو ٻه طرفي هيني ڪومب هيڪساگونل جالي ۾ ويجهي سان ترتيب ڏنل آهي. هيرا، گريفائيٽ، فلرين، ڪاربن نانوٽيوب ۽ بي شڪل ڪاربن وانگر، اهو هڪ مادو (سادو مادو) آهي جيڪو ڪاربن عنصرن تي مشتمل آهي. جيئن هيٺ ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل آهي، فلرين ۽ ڪاربن نانوٽيوب کي گرافين جي هڪ واحد پرت مان ڪنهن نه ڪنهن طريقي سان رول ٿيل ڏسي سگهجي ٿو، جيڪو گرافين جي ڪيترن ئي پرتن سان اسٽيڪ ٿيل آهي. مختلف ڪاربن سادي مادن (گريفائيٽ، ڪاربن نانوٽيوب ۽ گرافين) جي خاصيتن کي بيان ڪرڻ لاءِ گرافين جي استعمال تي نظرياتي تحقيق تقريبن 60 سالن تائين هلي آهي، پر عام طور تي اهو سمجهيو ويندو آهي ته اهڙا ٻه طرفي مواد اڪيلو مستحڪم طور تي موجود رهڻ ڏکيو آهن، صرف ٽي طرفي سبسٽريٽ مٿاڇري يا گريفائٽ جهڙن اندر موجود مادن سان ڳنڍيل آهن. اهو 2004 تائين نه هو جڏهن آندري گيم ۽ سندس شاگرد ڪانسٽنٽين نووسلوف تجربن ذريعي گريفائٽ مان گرافين جي هڪ واحد پرت کي هٽائي ڇڏيو ته گرافين تي تحقيق نئين ترقي حاصل ڪئي.

ٻئي فلرين (کاٻي پاسي) ۽ ڪاربن نانوٽيوب (وچ ۾) ڪنهن نه ڪنهن طريقي سان گرافين جي هڪ پرت سان رول ٿيل سمجهي سگهجن ٿا، جڏهن ته گريفائٽ (ساڄي پاسي) وين ڊير والز فورس جي ڪنيڪشن ذريعي گرافين جي ڪيترن ئي پرتن سان اسٽيڪ ٿيل آهي.

اڄڪلهه، گرافين ڪيترن ئي طريقن سان حاصل ڪري سگهجي ٿو، ۽ مختلف طريقن جا پنهنجا فائدا ۽ نقصان آهن. گيم ۽ نووسلوف هڪ سادي طريقي سان گرافين حاصل ڪيو. سپر مارڪيٽن ۾ موجود شفاف ٽيپ استعمال ڪندي، انهن گرافين کي ڪڍيو، هڪ گريفائيٽ شيٽ جنهن ۾ ڪاربن ايٽم جي صرف هڪ پرت ٿلهي هئي، هڪ اعليٰ آرڊر پائروليٽڪ گريفائيٽ جي هڪ ٽڪري مان. اهو آسان آهي، پر ڪنٽرول ڪرڻ جي صلاحيت ايتري سٺي ناهي، ۽ 100 مائڪرون (هڪ ملي ميٽر جو ڏهون حصو) کان گهٽ سائيز وارو گرافين صرف حاصل ڪري سگهجي ٿو، جيڪو تجربن لاءِ استعمال ڪري سگهجي ٿو، پر عملي ايپليڪيشنن لاءِ استعمال ڪرڻ ڏکيو آهي. ڪيميائي بخارات جمع ڪرڻ سان ڌاتو جي مٿاڇري تي ڏهه سينٽي ميٽر جي سائيز سان گرافين جا نمونا وڌي سگهن ٿا. جيتوڻيڪ مسلسل رخ وارو علائقو صرف 100 مائڪرون [3,4] آهي، اهو ڪجهه ايپليڪيشنن جي پيداوار جي ضرورتن لاءِ مناسب رهيو آهي. ٻيو عام طريقو اهو آهي ته سلڪون ڪاربائيڊ (SIC) ڪرسٽل کي ويڪيوم ۾ 1100 ℃ کان وڌيڪ گرم ڪيو وڃي، ته جيئن مٿاڇري جي ويجهو سلڪون ايٽم بخارات بڻجي وڃن، ۽ باقي ڪاربن ايٽم ٻيهر ترتيب ڏنل هجن، جيڪو سٺي خاصيتن سان گرافين جا نمونا پڻ حاصل ڪري سگهي ٿو.

گرافين هڪ نئون مواد آهي جنهن ۾ منفرد خاصيتون آهن: ان جي برقي چالکائي ٽامي جيتري بهترين آهي، ۽ ان جي حرارتي چالکائي ڪنهن به ڄاتل سڃاتل مواد کان بهتر آهي. اهو تمام شفاف آهي. عمودي واقعن واري نظر ايندڙ روشني جو صرف هڪ ننڍڙو حصو (2.3٪) گرافين ذريعي جذب ٿيندو، ۽ گهڻي روشني ان مان گذري ويندي. اهو ايترو ڳرو آهي جو هيليم ايٽم (ننڍا گيس ماليڪيول) به ان مان گذري نه سگهندا آهن. اهي جادوئي خاصيتون سڌو سنئون گريفائٽ مان نه، پر ڪوانٽم ميڪينڪس مان ورثي ۾ مليون آهن. ان جون منفرد برقي ۽ آپٽيڪل خاصيتون اهو طئي ڪن ٿيون ته ان ۾ وسيع ايپليڪيشن امڪان آهن.

جيتوڻيڪ گرافين کي صرف ڏهن سالن کان به گهٽ وقت ٿيو آهي، پر ان ڪيترائي ٽيڪنيڪل ايپليڪيشن ڏيکاريا آهن، جيڪي فزڪس ۽ مادي سائنس جي شعبن ۾ تمام گهٽ آهن. عام مواد کي ليبارٽري کان حقيقي زندگي ۾ منتقل ٿيڻ ۾ ڏهه سال يا ڏهاڪن کان به وڌيڪ وقت لڳندو آهي. گرافين جو استعمال ڇا آهي؟ اچو ته ٻن مثالن تي نظر وجهون.

نرم شفاف اليڪٽرروڊ
ڪيترين ئي بجلي جي سامان ۾، شفاف ڪنڊڪٽو مواد کي اليڪٽروڊ طور استعمال ڪرڻ جي ضرورت آهي. اليڪٽرانڪ واچون، ڪيلڪيوليٽر، ٽيليويزن، مائع ڪرسٽل ڊسپلي، ٽچ اسڪرين، سولر پينل ۽ ٻيا ڪيترائي ڊوائيس شفاف اليڪٽروڊ جي وجود کي ڇڏي نٿا سگهن. روايتي شفاف اليڪٽروڊ انڊيم ٽين آڪسائيڊ (ITO) استعمال ڪندو آهي. انڊيم جي وڏي قيمت ۽ محدود فراهمي جي ڪري، مواد ڀُرندڙ ۽ لچڪدار نه هجڻ ڪري، ۽ اليڪٽروڊ کي ويڪيوم جي وچين پرت ۾ جمع ڪرڻ جي ضرورت آهي، ۽ قيمت نسبتاً وڌيڪ آهي. ڊگهي عرصي کان، سائنسدان ان جو متبادل ڳولڻ جي ڪوشش ڪري رهيا آهن. شفافيت، سٺي چالکائي ۽ آسان تياري جي گهرجن کان علاوه، جيڪڏهن مواد جي لچڪ پاڻ سٺي آهي، ته اهو "اليڪٽرانڪ پيپر" يا ٻيا فولڊبل ڊسپلي ڊوائيسز ٺاهڻ لاءِ موزون هوندو. تنهن ڪري، لچڪ پڻ هڪ تمام اهم پهلو آهي. گرافين هڪ اهڙو مواد آهي، جيڪو شفاف اليڪٽروڊ لاءِ تمام گهڻو موزون آهي.

ڏکڻ ڪوريا ۾ سام سنگ ۽ چينگ جون گوان يونيورسٽي جي محققن ڪيميائي بخارات جي جمع ذريعي 30 انچ جي ڊاگونل ڊيگهه سان گرافين حاصل ڪئي ۽ ان کي 188 مائڪرون ٿلهي پوليٿيلين ٽيريفٿليٽ (پي اي ٽي) فلم ۾ منتقل ڪيو ته جيئن گرافين تي ٻڌل ٽچ اسڪرين پيدا ڪري سگهجي [4]. جيئن هيٺ ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل آهي، ٽامي جي ورق تي پوکيل گرافين کي پهريان ٿرمل اسٽريپنگ ٽيپ (نيرو شفاف حصو) سان ڳنڍيو ويندو آهي، پوءِ ٽامي جي ورق کي ڪيميائي طريقي سان حل ڪيو ويندو آهي، ۽ آخرڪار گرافين کي گرم ڪرڻ سان پي اي ٽي فلم ۾ منتقل ڪيو ويندو آهي.

نئون فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن سامان
گرافين ۾ تمام منفرد بصري خاصيتون آهن. جيتوڻيڪ ايٽم جي صرف هڪ پرت آهي، اهو نظر ايندڙ روشني کان انفراريڊ تائين پوري طول موج جي حد ۾ خارج ٿيندڙ روشني جو 2.3٪ جذب ڪري سگهي ٿو. هن انگ جو گرافين جي ٻين مادي پيرا ميٽرز سان ڪو به تعلق ناهي ۽ اهو ڪوانٽم اليڪٽروڊائنامڪس [6] ذريعي طئي ڪيو ويندو آهي. جذب ٿيل روشني ڪيريئرز (اليڪٽران ۽ سوراخ) جي پيداوار ڏانهن وٺي ويندي. گرافين ۾ ڪيريئرز جي پيداوار ۽ ٽرانسپورٽ روايتي سيمي ڪنڊڪٽرز کان تمام مختلف آهي. اهو گرافين کي الٽرا فاسٽ فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن سامان لاءِ تمام مناسب بڻائي ٿو. اهو اندازو لڳايو ويو آهي ته اهڙا فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن سامان 500GHz جي فريڪوئنسي تي ڪم ڪري سگهن ٿا. جيڪڏهن ان کي سگنل ٽرانسميشن لاءِ استعمال ڪيو وڃي ٿو، ته اهو 500 بلين زيرو يا هڪ سيڪنڊ في سيڪنڊ منتقل ڪري سگهي ٿو، ۽ هڪ سيڪنڊ ۾ ٻن بلو ري ڊسڪ جي مواد جي ٽرانسميشن کي مڪمل ڪري سگهي ٿو.

آمريڪا ۾ آئي بي ايم ٿامس جي واٽسن ريسرچ سينٽر جي ماهرن گرافين کي فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن ڊوائيسز ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيو آهي جيڪي 10GHz فريڪوئنسي تي ڪم ڪري سگهن ٿا [8]. پهرين، "ٽيپ ٽيئرنگ طريقو" ذريعي 300 nm ٿلهي سليڪا سان ڍڪيل سلڪون سبسٽريٽ تي گرافين فليڪس تيار ڪيا ويا، ۽ پوءِ ان تي 1 مائڪرون جي وقفي ۽ 250 nm جي ويڪر سان پيليڊيم گولڊ يا ٽائيٽينيم گولڊ اليڪٽروڊ ٺاهيا ويا. هن طريقي سان، هڪ گرافين تي ٻڌل فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن ڊوائيس حاصل ڪيو ويندو آهي.

گرافين فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن سامان ۽ اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپ (SEM) جي حقيقي نمونن جي تصويرن جو اسڪيميٽڪ ڊاگرام. شڪل ۾ ڪاري ننڍڙي لڪير 5 مائڪرون سان ملندڙ جلندڙ آهي، ۽ ڌاتو لائينن جي وچ ۾ فاصلو هڪ مائڪرون آهي.

تجربن ذريعي، محققن اهو معلوم ڪيو ته هي ڌاتو گرافين ڌاتو جي جوڙجڪ فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن ڊيوائس وڌ ۾ وڌ 16 گيگا هرٽز جي ڪم ڪندڙ فريڪوئنسي تائين پهچي سگهي ٿو، ۽ 300 اين ايم (الٽراوائليٽ جي ويجهو) کان 6 مائڪرون (انفراريڊ) تائين طول موج جي حد ۾ تيز رفتار تي ڪم ڪري سگهي ٿو، جڏهن ته روايتي فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن ٽيوب وڌيڪ طول موج سان انفراريڊ روشني جو جواب نه ڏئي سگهي ٿي. گرافين فوٽو اليڪٽرڪ انڊڪشن سامان جي ڪم ڪندڙ فريڪوئنسي ۾ اڃا تائين بهتري لاءِ وڏي گنجائش آهي. ان جي اعليٰ ڪارڪردگي ان کي ايپليڪيشن جي امڪانن جي وسيع رينج ڏئي ٿي، جنهن ۾ ڪميونيڪيشن، ريموٽ ڪنٽرول ۽ ماحولياتي نگراني شامل آهن.

هڪ نئين مواد جي طور تي منفرد خاصيتن سان، گرافين جي استعمال تي تحقيق هڪ کان پوءِ هڪ سامهون اچي رهي آهي. اسان لاءِ انهن کي هتي ڳڻڻ ڏکيو آهي. مستقبل ۾، روزاني زندگي ۾ گرافين مان ٺهيل فيلڊ ايفيڪٽ ٽيوب، گرافين مان ٺهيل ماليڪيولر سوئچ ۽ گرافين مان ٺهيل ماليڪيولر ڊيٽيڪٽر ٿي سگهن ٿا... گرافين جيڪو بتدريج ليبارٽري مان نڪرندو آهي اهو روزاني زندگي ۾ چمڪندو.

اسان اميد ڪري سگهون ٿا ته ويجهي مستقبل ۾ گرافين استعمال ڪندڙ اليڪٽرانڪ شين جو هڪ وڏو تعداد ظاهر ٿيندو. سوچيو ته اهو ڪيترو دلچسپ هوندو جيڪڏهن اسان جا اسمارٽ فون ۽ نيٽ بڪ رول اپ ڪري سگهجن، اسان جي ڪنن تي بند ڪري سگهجن، اسان جي کيسي ۾ ڀري سگهجن، يا استعمال ۾ نه هجڻ تي اسان جي کلائي جي چوڌاري ويڙهي سگهجن!