గ్రాఫేన్ ఉపయోగం ఏమిటి? గ్రాఫేన్ యొక్క అప్లికేషన్ అవకాశాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి రెండు అప్లికేషన్ కేసులు మిమ్మల్ని అనుమతిస్తాయి.

2010లో, గీమ్ మరియు నోవోసెలోవ్ గ్రాఫేన్‌పై చేసిన కృషికి భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నారు. ఈ అవార్డు చాలా మందిపై లోతైన ముద్ర వేసింది. అన్నింటికంటే, ప్రతి నోబెల్ బహుమతి ప్రయోగాత్మక సాధనం అంటుకునే టేప్ లాగా సాధారణం కాదు మరియు ప్రతి పరిశోధన వస్తువు "ద్విడైమెన్షనల్ క్రిస్టల్" గ్రాఫేన్ లాగా మాయాజాలం మరియు అర్థం చేసుకోవడం సులభం కాదు. 2004లో చేసిన పనిని 2010లో ప్రదానం చేయవచ్చు, ఇది ఇటీవలి సంవత్సరాలలో నోబెల్ బహుమతి రికార్డులో చాలా అరుదు.

గ్రాఫేన్ అనేది ద్విమితీయ తేనెగూడు షట్కోణ లాటిస్‌లో దగ్గరగా అమర్చబడిన కార్బన్ అణువుల ఒకే పొరను కలిగి ఉన్న ఒక రకమైన పదార్థం. వజ్రం, గ్రాఫైట్, ఫుల్లెరీన్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు మరియు నిరాకార కార్బన్ లాగా, ఇది కార్బన్ మూలకాలతో కూడిన పదార్థం (సరళమైన పదార్ధం). క్రింద ఉన్న చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఫుల్లెరీన్‌లు మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు గ్రాఫేన్ యొక్క ఒకే పొర నుండి ఏదో ఒక విధంగా చుట్టబడినట్లు చూడవచ్చు, ఇది అనేక పొరల గ్రాఫేన్‌తో పేర్చబడి ఉంటుంది. వివిధ కార్బన్ సాధారణ పదార్ధాల (గ్రాఫైట్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు మరియు గ్రాఫేన్) లక్షణాలను వివరించడానికి గ్రాఫేన్ వాడకంపై సైద్ధాంతిక పరిశోధన దాదాపు 60 సంవత్సరాలుగా కొనసాగింది, అయితే సాధారణంగా అటువంటి ద్విమితీయ పదార్థాలు ఒంటరిగా స్థిరంగా ఉండటం కష్టమని, త్రిమితీయ ఉపరితల ఉపరితలం లేదా గ్రాఫైట్ వంటి పదార్థాల లోపల మాత్రమే జతచేయబడిందని నమ్ముతారు. 2004 వరకు ఆండ్రీ గీమ్ మరియు అతని విద్యార్థి కాన్‌స్టాంటిన్ నోవోసెలోవ్ ప్రయోగాల ద్వారా గ్రాఫైట్ నుండి ఒకే పొర గ్రాఫేన్‌ను తొలగించారు, గ్రాఫేన్‌పై పరిశోధన కొత్త అభివృద్ధిని సాధించింది.

ఫుల్లెరీన్ (ఎడమ) మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్ (మధ్య) రెండింటినీ ఏదో ఒక విధంగా ఒకే పొర గ్రాఫేన్ ద్వారా చుట్టబడినట్లుగా పరిగణించవచ్చు, అయితే గ్రాఫైట్ (కుడి) వాన్ డెర్ వాల్స్ ఫోర్స్ కనెక్షన్ ద్వారా బహుళ పొరల గ్రాఫేన్ ద్వారా పేర్చబడి ఉంటుంది.

ఈ రోజుల్లో, గ్రాఫేన్‌ను అనేక విధాలుగా పొందవచ్చు మరియు వివిధ పద్ధతులకు వాటి స్వంత ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. గీమ్ మరియు నోవోసెలోవ్ గ్రాఫేన్‌ను సరళమైన పద్ధతిలో పొందారు. సూపర్ మార్కెట్లలో లభించే పారదర్శక టేప్‌ను ఉపయోగించి, వారు హై-ఆర్డర్ పైరోలైటిక్ గ్రాఫైట్ ముక్క నుండి కార్బన్ అణువుల ఒకే పొర మందంతో ఉన్న గ్రాఫైట్ షీట్ అయిన గ్రాఫైట్‌ను తొలగించారు. ఇది సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది, కానీ నియంత్రణ అంత మంచిది కాదు మరియు 100 మైక్రాన్‌ల కంటే తక్కువ (మిల్లీమీటర్‌లో పదోవంతు) పరిమాణంలో ఉన్న గ్రాఫేన్‌ను మాత్రమే పొందవచ్చు, దీనిని ప్రయోగాలకు ఉపయోగించవచ్చు, కానీ ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలకు ఉపయోగించడం కష్టం. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ లోహ ఉపరితలంపై పదుల సెంటీమీటర్ల పరిమాణంతో గ్రాఫేన్ నమూనాలను పెంచుతుంది. స్థిరమైన ధోరణి ఉన్న ప్రాంతం 100 మైక్రాన్‌లు మాత్రమే అయినప్పటికీ [3,4], ఇది కొన్ని అనువర్తనాల ఉత్పత్తి అవసరాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. మరొక సాధారణ పద్ధతి ఏమిటంటే, సిలికాన్ కార్బైడ్ (SIC) క్రిస్టల్‌ను వాక్యూమ్‌లో 1100 ℃ కంటే ఎక్కువ వేడి చేయడం, తద్వారా ఉపరితలం దగ్గర ఉన్న సిలికాన్ అణువులు ఆవిరైపోతాయి మరియు మిగిలిన కార్బన్ అణువులను తిరిగి అమర్చడం జరుగుతుంది, ఇది మంచి లక్షణాలతో గ్రాఫేన్ నమూనాలను కూడా పొందవచ్చు.

గ్రాఫేన్ అనేది ప్రత్యేకమైన లక్షణాలతో కూడిన కొత్త పదార్థం: దాని విద్యుత్ వాహకత రాగి వలె అద్భుతమైనది మరియు దాని ఉష్ణ వాహకత తెలిసిన ఏ పదార్థం కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది. ఇది చాలా పారదర్శకంగా ఉంటుంది. నిలువుగా పడే కనిపించే కాంతిలో ఒక చిన్న భాగం (2.3%) మాత్రమే గ్రాఫేన్ ద్వారా గ్రహించబడుతుంది మరియు చాలా కాంతి దాని గుండా వెళుతుంది. ఇది చాలా దట్టంగా ఉంటుంది, హీలియం అణువులు (అతి చిన్న వాయువు అణువులు) కూడా దాని గుండా వెళ్ళలేవు. ఈ మాయా లక్షణాలు నేరుగా గ్రాఫైట్ నుండి కాదు, క్వాంటం మెకానిక్స్ నుండి సంక్రమించాయి. దాని ప్రత్యేకమైన విద్యుత్ మరియు ఆప్టికల్ లక్షణాలు దీనికి విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉన్నాయని నిర్ణయిస్తాయి.

గ్రాఫేన్ పది సంవత్సరాల కన్నా తక్కువ కాలం మాత్రమే కనిపించినప్పటికీ, ఇది అనేక సాంకేతిక అనువర్తనాలను చూపించింది, ఇది భౌతిక శాస్త్రం మరియు భౌతిక శాస్త్ర రంగాలలో చాలా అరుదు. సాధారణ పదార్థాలు ప్రయోగశాల నుండి నిజ జీవితానికి మారడానికి పది సంవత్సరాలు లేదా దశాబ్దాలకు పైగా పడుతుంది. గ్రాఫేన్ ఉపయోగం ఏమిటి? రెండు ఉదాహరణలను చూద్దాం.

మృదువైన పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్
అనేక విద్యుత్ ఉపకరణాలలో, పారదర్శక వాహక పదార్థాలను ఎలక్ట్రోడ్‌లుగా ఉపయోగించాల్సి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రానిక్ గడియారాలు, కాలిక్యులేటర్లు, టెలివిజన్లు, లిక్విడ్ క్రిస్టల్ డిస్ప్లేలు, టచ్ స్క్రీన్‌లు, సోలార్ ప్యానెల్‌లు మరియు అనేక ఇతర పరికరాలు పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్‌ల ఉనికిని వదిలివేయలేవు. సాంప్రదాయ పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్ ఇండియం టిన్ ఆక్సైడ్ (ITO)ని ఉపయోగిస్తుంది. అధిక ధర మరియు ఇండియం పరిమిత సరఫరా కారణంగా, పదార్థం పెళుసుగా ఉంటుంది మరియు వశ్యత లేకపోవడం, మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌ను వాక్యూమ్ మధ్య పొరలో నిక్షిప్తం చేయవలసి ఉంటుంది మరియు ఖర్చు సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. చాలా కాలంగా, శాస్త్రవేత్తలు దాని ప్రత్యామ్నాయాన్ని కనుగొనడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు. పారదర్శకత, మంచి వాహకత మరియు సులభమైన తయారీ అవసరాలతో పాటు, పదార్థం యొక్క వశ్యత బాగుంటే, అది "ఎలక్ట్రానిక్ పేపర్" లేదా ఇతర మడతపెట్టగల ప్రదర్శన పరికరాలను తయారు చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, వశ్యత కూడా చాలా ముఖ్యమైన అంశం. గ్రాఫేన్ అటువంటి పదార్థం, ఇది పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్‌లకు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.

దక్షిణ కొరియాలోని శామ్సంగ్ మరియు చెంగ్జుంగువాన్ విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధకులు రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా 30 అంగుళాల వికర్ణ పొడవు కలిగిన గ్రాఫేన్‌ను పొందారు మరియు దానిని 188 మైక్రాన్ల మందపాటి పాలిథిలిన్ టెరెఫ్తాలేట్ (PET) ఫిల్మ్‌కు బదిలీ చేసి గ్రాఫేన్ ఆధారిత టచ్ స్క్రీన్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు [4]. క్రింద ఉన్న చిత్రంలో చూపిన విధంగా, రాగి రేకుపై పెరిగిన గ్రాఫేన్‌ను మొదట థర్మల్ స్ట్రిప్పింగ్ టేప్ (నీలి పారదర్శక భాగం)తో బంధిస్తారు, తరువాత రాగి రేకును రసాయన పద్ధతి ద్వారా కరిగించి, చివరకు గ్రాఫేన్‌ను వేడి చేయడం ద్వారా PET ఫిల్మ్‌కు బదిలీ చేస్తారు.

కొత్త ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలు
గ్రాఫేన్ చాలా ప్రత్యేకమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది. అణువుల పొర ఒక్కటే ఉన్నప్పటికీ, ఇది దృశ్య కాంతి నుండి పరారుణ వరకు మొత్తం తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో విడుదలయ్యే కాంతిలో 2.3% గ్రహించగలదు. ఈ సంఖ్యకు గ్రాఫేన్ యొక్క ఇతర పదార్థ పారామితులతో సంబంధం లేదు మరియు క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ [6] ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. గ్రహించబడిన కాంతి క్యారియర్‌ల ఉత్పత్తికి దారితీస్తుంది (ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు). గ్రాఫేన్‌లో క్యారియర్‌ల ఉత్పత్తి మరియు రవాణా సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్లలోని వాటి నుండి చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. ఇది గ్రాఫేన్‌ను అల్ట్రాఫాస్ట్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలకు చాలా అనుకూలంగా చేస్తుంది. అటువంటి ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలు 500ghz ఫ్రీక్వెన్సీలో పనిచేయవచ్చని అంచనా వేయబడింది. దీనిని సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ కోసం ఉపయోగిస్తే, ఇది సెకనుకు 500 బిలియన్ సున్నాలు లేదా ఒకటి ప్రసారం చేయగలదు మరియు రెండు బ్లూ రే డిస్క్‌ల కంటెంట్‌ల ప్రసారాన్ని ఒక సెకనులో పూర్తి చేస్తుంది.

యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని IBM థామస్ J. వాట్సన్ రీసెర్చ్ సెంటర్ నిపుణులు 10GHz ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద పనిచేయగల ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలను తయారు చేయడానికి గ్రాఫేన్‌ను ఉపయోగించారు [8]. మొదటగా, 300 nm మందపాటి సిలికాతో కప్పబడిన సిలికాన్ ఉపరితలంపై “టేప్ టియరింగ్ పద్ధతి” ద్వారా గ్రాఫేన్ రేకులను తయారు చేశారు, ఆపై 1 మైక్రాన్ విరామం మరియు 250 nm వెడల్పుతో పల్లాడియం బంగారం లేదా టైటానియం బంగారు ఎలక్ట్రోడ్‌లను దానిపై తయారు చేశారు. ఈ విధంగా, గ్రాఫేన్ ఆధారిత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాన్ని పొందవచ్చు.

గ్రాఫేన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాల స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం మరియు వాస్తవ నమూనాల స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (SEM) ఫోటోలు. చిత్రంలో నల్లటి చిన్న రేఖ 5 మైక్రాన్లకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు లోహ రేఖల మధ్య దూరం ఒక మైక్రాన్.

ప్రయోగాల ద్వారా, ఈ మెటల్ గ్రాఫేన్ మెటల్ స్ట్రక్చర్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరం గరిష్టంగా 16ghz పని ఫ్రీక్వెన్సీని చేరుకోగలదని మరియు 300 nm (సమీప అతినీలలోహిత) నుండి 6 మైక్రాన్ల (ఇన్‌ఫ్రారెడ్) వరకు తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో అధిక వేగంతో పనిచేయగలదని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు, అయితే సాంప్రదాయ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ ట్యూబ్ ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కాంతికి ప్రతిస్పందించదు. గ్రాఫేన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాల పని ఫ్రీక్వెన్సీ ఇప్పటికీ మెరుగుదలకు గొప్ప స్థలాన్ని కలిగి ఉంది. దీని అత్యుత్తమ పనితీరు కమ్యూనికేషన్, రిమోట్ కంట్రోల్ మరియు పర్యావరణ పర్యవేక్షణతో సహా విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్ అవకాశాలను కలిగి ఉంటుంది.

ప్రత్యేకమైన లక్షణాలతో కూడిన కొత్త పదార్థంగా, గ్రాఫేన్ యొక్క అనువర్తనంపై పరిశోధన ఒకదాని తర్వాత ఒకటిగా ఉద్భవిస్తోంది. వాటిని ఇక్కడ లెక్కించడం మాకు కష్టం. భవిష్యత్తులో, రోజువారీ జీవితంలో గ్రాఫేన్‌తో తయారు చేసిన ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్యూబ్‌లు, గ్రాఫేన్‌తో తయారు చేసిన మాలిక్యులర్ స్విచ్‌లు మరియు గ్రాఫేన్‌తో తయారు చేసిన మాలిక్యులర్ డిటెక్టర్లు ఉండవచ్చు... ప్రయోగశాల నుండి క్రమంగా బయటకు వచ్చే గ్రాఫేన్ రోజువారీ జీవితంలో ప్రకాశిస్తుంది.

గ్రాఫేన్‌ను ఉపయోగించే ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తులు త్వరలో పెద్ద సంఖ్యలో కనిపిస్తాయని మనం ఆశించవచ్చు. మన స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు మరియు నెట్‌బుక్‌లను చుట్టగలిగితే, మన చెవులకు బిగించగలిగితే, మన జేబుల్లో పెట్టుకోగలిగితే లేదా ఉపయోగంలో లేనప్పుడు మన మణికట్టు చుట్టూ చుట్టుకోగలిగితే ఎంత ఆసక్తికరంగా ఉంటుందో ఆలోచించండి!