கிராபெனின் பயன் என்ன? இரண்டு பயன்பாட்டு வழக்குகள் கிராபெனின் பயன்பாட்டு வாய்ப்பைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகின்றன.

2010 ஆம் ஆண்டில், கீம் மற்றும் நோவோசெலோவ் ஆகியோர் கிராஃபீன் குறித்த தங்கள் பணிக்காக இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசை வென்றனர். இந்த விருது பலரின் மீது ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியுள்ளது. எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஒவ்வொரு நோபல் பரிசு பரிசோதனைக் கருவியும் ஒட்டும் நாடாவைப் போல பொதுவானது அல்ல, மேலும் ஒவ்வொரு ஆராய்ச்சிப் பொருளும் "இரு பரிமாண படிக" கிராஃபீனைப் போல மாயாஜாலமானது மற்றும் புரிந்துகொள்ள எளிதானது அல்ல. 2004 ஆம் ஆண்டின் படைப்பு 2010 இல் வழங்கப்படலாம், இது சமீபத்திய ஆண்டுகளில் நோபல் பரிசுப் பதிவில் அரிதானது.

கிராஃபீன் என்பது இரு பரிமாண தேன்கூடு அறுகோண லட்டியில் நெருக்கமாக அமைக்கப்பட்ட கார்பன் அணுக்களின் ஒற்றை அடுக்கைக் கொண்ட ஒரு வகையான பொருள். வைரம், கிராஃபைட், ஃபுல்லெரீன், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் உருவமற்ற கார்பன் போன்றவை, இது கார்பன் கூறுகளால் ஆன ஒரு பொருள் (எளிய பொருள்). கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஃபுல்லெரீன்கள் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் கிராஃபீனின் ஒற்றை அடுக்கிலிருந்து ஏதோ ஒரு வகையில் சுருட்டப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம், இது பல அடுக்கு கிராஃபீனால் அடுக்கி வைக்கப்பட்டுள்ளது. பல்வேறு கார்பன் எளிய பொருட்களின் (கிராஃபைட், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் கிராஃபீன்) பண்புகளை விவரிக்க கிராஃபீனின் பயன்பாடு குறித்த தத்துவார்த்த ஆராய்ச்சி கிட்டத்தட்ட 60 ஆண்டுகளாக நீடித்தது, ஆனால் பொதுவாக இதுபோன்ற இரு பரிமாண பொருட்கள் தனியாக நிலையாக இருப்பது கடினம், முப்பரிமாண அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் அல்லது கிராஃபைட் போன்ற பொருட்களுக்குள் மட்டுமே இணைக்கப்பட்டுள்ளன என்று நம்பப்படுகிறது. ஆண்ட்ரே கெய்ம் மற்றும் அவரது மாணவர் கான்ஸ்டான்டின் நோவோசெலோவ் ஆகியோர் கிராஃபைட்டிலிருந்து ஒரு அடுக்கு கிராஃபீனை அகற்றி சோதனைகள் மூலம் புதிய வளர்ச்சியை அடைந்தனர்.

ஃபுல்லெரீன் (இடது) மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய் (நடுவில்) இரண்டும் ஏதோ ஒரு வகையில் கிராபெனின் ஒற்றை அடுக்கு மூலம் சுருட்டப்படுவதாகக் கருதலாம், அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் (வலது) வான் டெர் வால்ஸ் விசையின் இணைப்பு மூலம் பல அடுக்கு கிராபெனால் அடுக்கி வைக்கப்படுகிறது.

இப்போதெல்லாம், கிராபெனை பல வழிகளில் பெறலாம், மேலும் வெவ்வேறு முறைகளுக்கு அவற்றின் சொந்த நன்மைகள் மற்றும் தீமைகள் உள்ளன. கெய்ம் மற்றும் நோவோசெலோவ் கிராபெனை எளிய முறையில் பெற்றனர். பல்பொருள் அங்காடிகளில் கிடைக்கும் வெளிப்படையான டேப்பைப் பயன்படுத்தி, உயர்-வரிசை பைரோலிடிக் கிராஃபைட்டின் ஒரு துண்டிலிருந்து, கார்பன் அணுக்களின் ஒரே ஒரு அடுக்கு தடிமனான கிராஃபைட் தாளான கிராஃபெனை அவர்கள் அகற்றினர். இது வசதியானது, ஆனால் கட்டுப்படுத்தும் தன்மை அவ்வளவு சிறப்பாக இல்லை, மேலும் 100 மைக்ரான்களுக்குக் குறைவான (ஒரு மில்லிமீட்டரில் பத்தில் ஒரு பங்கு) அளவுள்ள கிராஃபெனை மட்டுமே பெற முடியும், இது சோதனைகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம், ஆனால் நடைமுறை பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்துவது கடினம். வேதியியல் நீராவி படிவு உலோக மேற்பரப்பில் பத்து சென்டிமீட்டர் அளவுள்ள கிராஃபென் மாதிரிகளை வளர்க்க முடியும். நிலையான நோக்குநிலை கொண்ட பகுதி 100 மைக்ரான்கள் மட்டுமே [3,4] என்றாலும், சில பயன்பாடுகளின் உற்பத்தித் தேவைகளுக்கு இது பொருத்தமானது. மற்றொரு பொதுவான முறை, சிலிக்கான் கார்பைடு (SIC) படிகத்தை வெற்றிடத்தில் 1100 ℃ க்கும் அதிகமாக வெப்பப்படுத்துவதாகும், இதனால் மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள சிலிக்கான் அணுக்கள் ஆவியாகி, மீதமுள்ள கார்பன் அணுக்கள் மறுசீரமைக்கப்படுகின்றன, இது நல்ல பண்புகளுடன் கிராஃபென் மாதிரிகளையும் பெறலாம்.

கிராஃபீன் என்பது தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு புதிய பொருள்: அதன் மின் கடத்துத்திறன் தாமிரத்தைப் போலவே சிறந்தது, மேலும் அதன் வெப்ப கடத்துத்திறன் அறியப்பட்ட எந்தவொரு பொருளையும் விட சிறந்தது. இது மிகவும் வெளிப்படையானது. செங்குத்தாக விழும் புலப்படும் ஒளியின் ஒரு சிறிய பகுதி (2.3%) மட்டுமே கிராஃபீனால் உறிஞ்சப்படும், மேலும் பெரும்பாலான ஒளி அதன் வழியாக செல்லும். இது மிகவும் அடர்த்தியானது, ஹீலியம் அணுக்கள் (மிகச்சிறிய வாயு மூலக்கூறுகள்) கூட அதன் வழியாக செல்ல முடியாது. இந்த மாயாஜால பண்புகள் கிராஃபைட்டிலிருந்து நேரடியாகப் பெறப்படவில்லை, ஆனால் குவாண்டம் இயக்கவியலிலிருந்து பெறப்பட்டவை. அதன் தனித்துவமான மின் மற்றும் ஒளியியல் பண்புகள் இது பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதை தீர்மானிக்கிறது.

கிராஃபீன் பத்து வருடங்களுக்கும் குறைவாகவே தோன்றியிருந்தாலும், அது பல தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளைக் காட்டியுள்ளது, இது இயற்பியல் மற்றும் பொருள் அறிவியல் துறைகளில் மிகவும் அரிதானது. பொதுவான பொருட்கள் ஆய்வகத்திலிருந்து நிஜ வாழ்க்கைக்கு மாறுவதற்கு பத்து ஆண்டுகளுக்கும் மேலாகவோ அல்லது பல தசாப்தங்களாகவோ ஆகும். கிராஃபீனின் பயன் என்ன? இரண்டு உதாரணங்களைப் பார்ப்போம்.

மென்மையான ஒளி ஊடுருவக்கூடிய மின்முனை
பல மின் சாதனங்களில், வெளிப்படையான கடத்தும் பொருட்களை மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்த வேண்டும். மின்னணு கடிகாரங்கள், கால்குலேட்டர்கள், தொலைக்காட்சிகள், திரவ படிக காட்சிகள், தொடுதிரைகள், சூரிய பேனல்கள் மற்றும் பல சாதனங்கள் வெளிப்படையான மின்முனைகளின் இருப்பை விட்டு வெளியேற முடியாது. பாரம்பரிய வெளிப்படையான மின்முனை இண்டியம் டின் ஆக்சைடை (ITO) பயன்படுத்துகிறது. அதிக விலை மற்றும் இண்டியத்தின் குறைந்த விநியோகம் காரணமாக, பொருள் உடையக்கூடியது மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை இல்லாததால், மின்முனை வெற்றிடத்தின் நடுத்தர அடுக்கில் வைக்கப்பட வேண்டும், மேலும் செலவு ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது. நீண்ட காலமாக, விஞ்ஞானிகள் அதன் மாற்றீட்டைக் கண்டுபிடிக்க முயற்சித்து வருகின்றனர். வெளிப்படைத்தன்மை, நல்ல கடத்துத்திறன் மற்றும் எளிதான தயாரிப்பு ஆகியவற்றின் தேவைகளுக்கு கூடுதலாக, பொருளின் நெகிழ்வுத்தன்மை நன்றாக இருந்தால், அது "மின்னணு காகிதம்" அல்லது பிற மடிக்கக்கூடிய காட்சி சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு ஏற்றதாக இருக்கும். எனவே, நெகிழ்வுத்தன்மையும் மிக முக்கியமான அம்சமாகும். கிராஃபீன் அத்தகைய ஒரு பொருள், இது வெளிப்படையான மின்முனைகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.

தென் கொரியாவில் உள்ள சாம்சங் மற்றும் செங்ஜுங்குவான் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், வேதியியல் நீராவி படிவு மூலம் 30 அங்குல மூலைவிட்ட நீளம் கொண்ட கிராஃபீனைப் பெற்று, அதை 188 மைக்ரான் தடிமன் கொண்ட பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட் (PET) படலத்திற்கு மாற்றி கிராஃபீனை அடிப்படையாகக் கொண்ட தொடுதிரையை உருவாக்கினர் [4]. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, செப்பு படலத்தில் வளர்க்கப்படும் கிராஃபீன் முதலில் வெப்ப நீக்கும் நாடாவுடன் (நீல வெளிப்படையான பகுதி) பிணைக்கப்படுகிறது, பின்னர் செப்பு படலம் வேதியியல் முறையால் கரைக்கப்படுகிறது, இறுதியாக கிராஃபீனை வெப்பப்படுத்துவதன் மூலம் PET படலத்திற்கு மாற்றப்படுகிறது.

புதிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்கள்
கிராஃபீன் மிகவும் தனித்துவமான ஒளியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அணுக்களின் ஒரே ஒரு அடுக்கு மட்டுமே இருந்தாலும், புலப்படும் ஒளியிலிருந்து அகச்சிவப்பு வரையிலான முழு அலைநீள வரம்பிலும் உமிழப்படும் ஒளியின் 2.3% ஐ உறிஞ்சும். இந்த எண்ணிக்கை கிராஃபீனின் பிற பொருள் அளவுருக்களுடன் எந்த தொடர்பும் இல்லை மற்றும் குவாண்டம் எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் [6] மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. உறிஞ்சப்பட்ட ஒளி கேரியர்களின் உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கும் (எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்). கிராஃபீனில் கேரியர்களின் உருவாக்கம் மற்றும் போக்குவரத்து பாரம்பரிய குறைக்கடத்திகளில் இருந்து மிகவும் வேறுபட்டது. இது கிராஃபீனை அதிவேக ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது. அத்தகைய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்கள் 500ghz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடும் என்று மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இது சமிக்ஞை பரிமாற்றத்திற்குப் பயன்படுத்தப்பட்டால், அது வினாடிக்கு 500 பில்லியன் பூஜ்ஜியங்கள் அல்லது ஒன்றை கடத்த முடியும், மேலும் இரண்டு ப்ளூ ரே டிஸ்க்குகளின் உள்ளடக்கங்களை ஒரு வினாடியில் பரிமாற்றத்தை முடிக்க முடியும்.

அமெரிக்காவில் உள்ள IBM தாமஸ் ஜே. வாட்சன் ஆராய்ச்சி மையத்தைச் சேர்ந்த வல்லுநர்கள் 10GHz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனங்களை தயாரிக்க கிராபெனைப் பயன்படுத்தியுள்ளனர் [8]. முதலாவதாக, 300 nm தடிமன் கொண்ட சிலிக்காவால் மூடப்பட்ட சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் கிராபெனின் செதில்கள் "டேப் கிழித்தல் முறை" மூலம் தயாரிக்கப்பட்டன, பின்னர் 1 மைக்ரான் இடைவெளியும் 250 nm அகலமும் கொண்ட பல்லேடியம் தங்கம் அல்லது டைட்டானியம் தங்க மின்முனைகள் அதன் மீது செய்யப்பட்டன. இந்த வழியில், கிராபெனின் அடிப்படையிலான ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனம் பெறப்படுகிறது.

கிராஃபீன் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளின் திட்ட வரைபடம் மற்றும் உண்மையான மாதிரிகளின் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) புகைப்படங்கள். படத்தில் உள்ள கருப்பு குறுகிய கோடு 5 மைக்ரான்களுக்கு ஒத்திருக்கிறது, மேலும் உலோகக் கோடுகளுக்கு இடையிலான தூரம் ஒரு மைக்ரான் ஆகும்.

சோதனைகள் மூலம், இந்த உலோக கிராஃபீன் உலோக அமைப்பு ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனம் அதிகபட்சமாக 16ghz வேலை அதிர்வெண்ணை அடைய முடியும் என்றும், 300 nm (புற ஊதா அருகில்) முதல் 6 மைக்ரான் (அகச்சிவப்பு) வரையிலான அலைநீள வரம்பில் அதிக வேகத்தில் வேலை செய்ய முடியும் என்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர், அதே நேரத்தில் பாரம்பரிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் குழாய் நீண்ட அலைநீளம் கொண்ட அகச்சிவப்பு ஒளிக்கு பதிலளிக்க முடியாது. கிராஃபீன் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளின் செயல்பாட்டு அதிர்வெண் இன்னும் முன்னேற்றத்திற்கு சிறந்த இடத்தைக் கொண்டுள்ளது. அதன் சிறந்த செயல்திறன் தகவல் தொடர்பு, ரிமோட் கண்ட்ரோல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு உள்ளிட்ட பரந்த அளவிலான பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு புதிய பொருளாக, கிராஃபீனின் பயன்பாடு குறித்த ஆராய்ச்சி ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வெளிவருகிறது. அவற்றை இங்கே கணக்கிடுவது கடினம். எதிர்காலத்தில், கிராஃபீனால் செய்யப்பட்ட புல விளைவு குழாய்கள், கிராஃபீனால் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறு சுவிட்சுகள் மற்றும் கிராஃபீனால் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறு கண்டறிபவர்கள் அன்றாட வாழ்வில் இருக்கலாம்... படிப்படியாக ஆய்வகத்திலிருந்து வெளிவரும் கிராஃபீன் அன்றாட வாழ்வில் பிரகாசிக்கும்.

கிராஃபீனைப் பயன்படுத்தும் ஏராளமான மின்னணுப் பொருட்கள் விரைவில் வெளிவரும் என்று நாம் எதிர்பார்க்கலாம். நமது ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் நெட்புக்குகளை சுருட்டி, காதுகளில் இறுக்கி, நம் பைகளில் அடைத்து, அல்லது பயன்பாட்டில் இல்லாதபோது நம் மணிக்கட்டில் சுற்றிக் கொண்டால் எவ்வளவு சுவாரஸ்யமாக இருக்கும் என்று யோசித்துப் பாருங்கள்!