ग्राफीन का क्या उपयोग है? दो एप्लिकेशन के मामले आपको ग्राफीन की एप्लिकेशन संभावना को समझने देते हैं

2010 में, Geim और Novoselov ने ग्राफीन पर अपने काम के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता। इस पुरस्कार ने कई लोगों पर गहरी छाप छोड़ी है। आखिरकार, प्रत्येक नोबेल पुरस्कार प्रायोगिक उपकरण चिपकने वाला टेप जितना सामान्य नहीं है, और हर शोध वस्तु "दो-आयामी क्रिस्टल" ग्राफीन के रूप में समझने के लिए जादुई और आसान नहीं है। 2004 में काम को 2010 में सम्मानित किया जा सकता है, जो हाल के वर्षों में नोबेल पुरस्कार के रिकॉर्ड में दुर्लभ है।

ग्राफीन एक प्रकार का पदार्थ है जिसमें कार्बन परमाणुओं की एक ही परत होती है, जिसे दो-आयामी हनीकॉम्ब हेक्सागोनल जाली में बारीकी से व्यवस्थित किया जाता है। डायमंड, ग्रेफाइट, फुलरीन, कार्बन नैनोट्यूब और अनाकार कार्बन की तरह, यह एक पदार्थ (सरल पदार्थ) है जो कार्बन तत्वों से बना है। जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है, फुलरीन और कार्बन नैनोट्यूब को ग्राफीन की एक ही परत से किसी तरह से लुढ़का हुआ देखा जा सकता है, जो ग्राफीन की कई परतों द्वारा स्टैक्ड है। विभिन्न कार्बन सरल पदार्थों (ग्रेफाइट, कार्बन नैनोट्यूब और ग्राफीन) के गुणों का वर्णन करने के लिए ग्राफीन के उपयोग पर सैद्धांतिक शोध लगभग 60 वर्षों तक चला है, लेकिन आमतौर पर यह माना जाता है कि ऐसी दो-आयामी सामग्रियों को अकेले अस्तित्व में लाना मुश्किल है, केवल तीन-आयामी सब्सट्रेट सतह या ग्रेफाइट जैसे पदार्थों के अंदर जुड़ा हुआ है। यह 2004 तक नहीं था कि आंद्रे गीम और उनके छात्र कोंस्टेंटिन नोवोसेलोव ने ग्रेफाइट से ग्राफीन की एक भी परत को प्रयोगों के माध्यम से छीन लिया कि ग्राफीन पर शोध ने नया विकास प्राप्त किया।

फुलरीन (बाएं) और कार्बन नैनोट्यूब (मध्य) दोनों को किसी तरह से ग्राफीन की एक ही परत द्वारा रोल किया जा सकता है, जबकि ग्रेफाइट (दाएं) को वैन डेर वेल्स बल के कनेक्शन के माध्यम से ग्राफीन की कई परतों द्वारा स्टैक किया जाता है।

आजकल, ग्राफीन को कई मायनों में प्राप्त किया जा सकता है, और विभिन्न तरीकों के अपने फायदे और नुकसान हैं। GEIM और NOVOSELOV ने एक साधारण तरीके से ग्राफीन प्राप्त की। सुपरमार्केट में उपलब्ध पारदर्शी टेप का उपयोग करते हुए, उन्होंने ग्राफीन को छीन लिया, एक ग्रेफाइट शीट, जो कार्बन परमाणुओं की केवल एक परत के साथ, उच्च-क्रम पायरोलाइटिक ग्रेफाइट के एक टुकड़े से मोटी थी। यह सुविधाजनक है, लेकिन नियंत्रणीयता इतनी अच्छी नहीं है, और 100 माइक्रोन से कम (एक मिलीमीटर का एक दसवां हिस्सा) के आकार के साथ ग्राफीन केवल प्राप्त किया जा सकता है, जिसका उपयोग प्रयोगों के लिए किया जा सकता है, लेकिन व्यावहारिक के लिए इसका उपयोग करना मुश्किल है आवेदन। रासायनिक वाष्प जमाव धातु की सतह पर दसियों सेंटीमीटर के आकार के साथ ग्राफीन के नमूने बढ़ा सकते हैं। यद्यपि सुसंगत अभिविन्यास वाला क्षेत्र केवल 100 माइक्रोन [3,4] है, यह कुछ अनुप्रयोगों की उत्पादन आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त रहा है। एक और सामान्य विधि वैक्यूम में सिलिकॉन कार्बाइड (एसआईसी) क्रिस्टल को 1100 से अधिक तक गर्म करना है, ताकि सतह के पास सिलिकॉन परमाणु वाष्पित हो जाएं, और शेष कार्बन परमाणुओं को फिर से व्यवस्थित किया जाए, जो अच्छे गुणों के साथ ग्राफीन के नमूने भी प्राप्त कर सकते हैं।

ग्राफीन अद्वितीय गुणों के साथ एक नई सामग्री है: इसकी विद्युत चालकता तांबे के रूप में उत्कृष्ट है, और इसकी थर्मल चालकता किसी भी ज्ञात सामग्री से बेहतर है। यह बहुत पारदर्शी है। ऊर्ध्वाधर घटना का केवल एक छोटा सा हिस्सा (2.3%) दृश्यमान प्रकाश को ग्राफीन द्वारा अवशोषित किया जाएगा, और अधिकांश प्रकाश से गुजरेंगे। यह इतना घना है कि यहां तक ​​कि हीलियम परमाणु (सबसे छोटे गैस अणु) से गुजर नहीं सकते। ये जादुई गुण सीधे ग्रेफाइट से, लेकिन क्वांटम यांत्रिकी से विरासत में नहीं मिले हैं। इसके अद्वितीय विद्युत और ऑप्टिकल गुण निर्धारित करते हैं कि इसमें व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।

यद्यपि ग्राफीन केवल दस वर्षों से कम समय के लिए दिखाई दिया है, इसने कई तकनीकी अनुप्रयोगों को दिखाया है, जो भौतिकी और भौतिक विज्ञान के क्षेत्र में बहुत दुर्लभ है। सामान्य सामग्रियों को प्रयोगशाला से वास्तविक जीवन में स्थानांतरित करने में दस साल या यहां तक ​​कि दशकों से अधिक समय लगता है। ग्राफीन का क्या उपयोग है? आइए दो उदाहरण देखें।

नरम पारदर्शी इलेक्ट्रोड
कई विद्युत उपकरणों में, पारदर्शी प्रवाहकीय सामग्रियों को इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करने की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक घड़ियाँ, कैलकुलेटर, टेलीविज़न, लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले, टच स्क्रीन, सौर पैनल और कई अन्य डिवाइस पारदर्शी इलेक्ट्रोड के अस्तित्व को नहीं छोड़ सकते हैं। पारंपरिक पारदर्शी इलेक्ट्रोड इंडियम टिन ऑक्साइड (ITO) का उपयोग करता है। इंडियम की उच्च कीमत और सीमित आपूर्ति के कारण, सामग्री भंगुर और लचीलेपन की कमी है, और इलेक्ट्रोड को वैक्यूम की मध्य परत में जमा करने की आवश्यकता है, और लागत अपेक्षाकृत अधिक है। लंबे समय से, वैज्ञानिक इसके विकल्प को खोजने की कोशिश कर रहे हैं। पारदर्शिता, अच्छी चालकता और आसान तैयारी की आवश्यकताओं के अलावा, यदि सामग्री का लचीलापन स्वयं अच्छा है, तो यह "इलेक्ट्रॉनिक पेपर" या अन्य फोल्डेबल डिस्प्ले डिवाइस बनाने के लिए उपयुक्त होगा। इसलिए, लचीलापन भी एक बहुत महत्वपूर्ण पहलू है। ग्राफीन एक ऐसी सामग्री है, जो पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए बहुत उपयुक्त है।

दक्षिण कोरिया में सैमसंग और चेंगजुंगुआन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रासायनिक वाष्प बयान द्वारा 30 इंच की विकर्ण लंबाई के साथ ग्राफीन प्राप्त किया और इसे एक ग्राफीन आधारित टच स्क्रीन [4] का उत्पादन करने के लिए 188 माइक्रोन मोटी पॉलीथीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) फिल्म में स्थानांतरित कर दिया। जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है, तांबे की पन्नी पर उगाए गए ग्राफीन को पहले थर्मल स्ट्रिपिंग टेप (नीले पारदर्शी भाग) के साथ बंधुआ किया जाता है, फिर कॉपर पन्नी को रासायनिक विधि द्वारा भंग कर दिया जाता है, और अंत में ग्राफीन को हीटिंग द्वारा पीईटी फिल्म में स्थानांतरित किया जाता है। ।

नया फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण
ग्राफीन में बहुत ही अद्वितीय ऑप्टिकल गुण होते हैं। यद्यपि परमाणुओं की केवल एक परत है, यह पूरे तरंग दैर्ध्य रेंज में उत्सर्जित प्रकाश के 2.3% को दृश्य प्रकाश से अवरक्त तक अवशोषित कर सकता है। इस संख्या का ग्राफीन के अन्य भौतिक मापदंडों से कोई लेना -देना नहीं है और यह क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स [6] द्वारा निर्धारित किया जाता है। अवशोषित प्रकाश वाहक (इलेक्ट्रॉनों और छेद) की पीढ़ी को जन्म देगा। ग्राफीन में वाहक की पीढ़ी और परिवहन पारंपरिक अर्धचालकों में उन लोगों से बहुत अलग हैं। यह अल्ट्राफास्ट फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण के लिए ग्राफीन को बहुत उपयुक्त बनाता है। यह अनुमान है कि इस तरह के फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण 500GHz की आवृत्ति पर काम कर सकते हैं। यदि इसका उपयोग सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए किया जाता है, तो यह प्रति सेकंड 500 बिलियन शून्य या लोगों को संचारित कर सकता है, और एक सेकंड में दो ब्लू रे डिस्क की सामग्री के प्रसारण को पूरा कर सकता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में आईबीएम थॉमस जे। वाटसन रिसर्च सेंटर के विशेषज्ञों ने फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिवाइसों का निर्माण करने के लिए ग्राफीन का उपयोग किया है जो 10GHz आवृत्ति [8] पर काम कर सकते हैं। सबसे पहले, "टेप फाड़ विधि" द्वारा 300 एनएम मोटी सिलिका के साथ कवर किए गए एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर ग्राफीन के गुच्छे तैयार किए गए थे, और फिर 1 माइक्रोन के अंतराल के साथ पैलेडियम गोल्ड या टाइटेनियम गोल्ड इलेक्ट्रोड और 250 एनएम की चौड़ाई के साथ इस पर बनाया गया था। इस तरह, एक ग्राफीन आधारित फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिवाइस प्राप्त होता है।

ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) की स्कैनिंग आरेख वास्तविक नमूनों की तस्वीरें। आकृति में काली छोटी रेखा 5 माइक्रोन से मेल खाती है, और धातु लाइनों के बीच की दूरी एक माइक्रोन है।

प्रयोगों के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह मेटल ग्राफीन मेटल स्ट्रक्चर फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिवाइस 16GHz की कामकाजी आवृत्ति तक पहुंच सकता है, और 300 एनएम (पराबैंगनी के पास) से 6 माइक्रोन (इन्फ्रारेड) तक तरंग दैर्ध्य रेंज में उच्च गति पर काम कर सकता है, जबकि पारंपरिक फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन ट्यूब लंबे समय तक तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त प्रकाश का जवाब नहीं दे सकता है। ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण की कामकाजी आवृत्ति में अभी भी सुधार के लिए बहुत अच्छी जगह है। इसके बेहतर प्रदर्शन में संचार, रिमोट कंट्रोल और पर्यावरण निगरानी सहित आवेदन संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला है।

अद्वितीय गुणों के साथ एक नई सामग्री के रूप में, ग्राफीन के अनुप्रयोग पर शोध एक के बाद एक उभर रहा है। हमारे लिए यहां उनकी गणना करना मुश्किल है। भविष्य में, ग्राफीन, ग्राफीन से बने आणविक स्विच और दैनिक जीवन में ग्राफीन से बने आणविक डिटेक्टरों से बने फील्ड इफेक्ट ट्यूब हो सकते हैं ... ग्राफीन जो धीरे -धीरे प्रयोगशाला से बाहर आता है, दैनिक जीवन में चमक जाएगा।

हम उम्मीद कर सकते हैं कि ग्राफीन का उपयोग करके बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद निकट भविष्य में दिखाई देंगे। इस बारे में सोचें कि यह कितना दिलचस्प होगा यदि हमारे स्मार्टफोन और नेटबुक को लुढ़काया जा सकता है, हमारे कानों पर जकड़ा जा सकता है, हमारी जेब में भरा हुआ है, या उपयोग में नहीं होने पर हमारी कलाई के चारों ओर लपेटा जाता है!