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

2010 में, गीम और नोवोसेलोव ने ग्राफीन पर अपने काम के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।इस पुरस्कार ने कई लोगों पर गहरी छाप छोड़ी है.आख़िरकार, प्रत्येक नोबेल पुरस्कार प्रयोगात्मक उपकरण चिपकने वाली टेप जितना सामान्य नहीं होता है, और प्रत्येक शोध वस्तु "द्वि-आयामी क्रिस्टल" ग्राफीन जितनी जादुई और समझने में आसान नहीं होती है।2004 के काम को 2010 में पुरस्कृत 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 परत होती है जो दो-आयामी मधुकोश हेक्सागोनल जाली में बारीकी से व्यवस्थित होती है।हीरा, ग्रेफाइट, फुलरीन, कार्बन नैनोट्यूब और अनाकार कार्बन की तरह, यह कार्बन तत्वों से बना एक पदार्थ (सरल पदार्थ) है।जैसा कि नीचे दिए गए चित्र 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 ढेर किया जाता 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 द्वि-आयामी सामग्री अकेले अस्तित्व में रहना मुश्किल है, केवल त्रि-आयामी सब्सट्रेट सतह या ग्रेफाइट जैसे पदार्थों के अंदर से जुड़ा होता है।2004 तक ऐसा नहीं हुआ था कि आंद्रे गीम और उनके छात्र कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव ने प्रयोगों के माध्यम से ग्रेफाइट से ग्राफीन की एक परत को हटा दिया था, जिससे ग्राफीन पर शोध ने नया विकास हासिल किया था।

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

आजकल, ग्राफीन कई तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है, और विभिन्न तरीकों के अपने फायदे और नुकसान हैं।गीम और नोवोसेलोव ने सरल तरीके से ग्राफीन प्राप्त किया।सुपरमार्केट में उपलब्ध पारदर्शी टेप का उपयोग करते हुए, उन्होंने उच्च-क्रम पायरोलाइटिक ग्रेफाइट के एक टुकड़े से ग्राफीन, कार्बन परमाणुओं की केवल एक परत मोटी ग्रेफाइट शीट, को हटा दिया।यह सुविधाजनक है, लेकिन नियंत्रणीयता इतनी अच्छी नहीं है, और 100 माइक्रोन (मिलीमीटर का दसवां हिस्सा) से कम आकार वाला ग्राफीन केवल प्राप्त किया जा सकता है, जिसका उपयोग प्रयोगों के लिए किया जा सकता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से इसका उपयोग करना मुश्किल है अनुप्रयोग।रासायनिक वाष्प जमाव से धातु की सतह पर दसियों सेंटीमीटर आकार के ग्राफीन के नमूने विकसित हो सकते हैं।यद्यपि सुसंगत अभिविन्यास वाला क्षेत्र केवल 100 माइक्रोन [3,4] है, यह कुछ अनुप्रयोगों की उत्पादन आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है।एक अन्य 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 पुन: व्यवस्थित किया जा सके, जिससे अच्छे गुणों वाले ग्राफीन नमूने भी प्राप्त किए जा सकते हैं।

ग्राफीन अद्वितीय गुणों वाली एक नई सामग्री है: इसकी विद्युत चालकता तांबे जितनी उत्कृष्ट है, और इसकी तापीय चालकता किसी भी ज्ञात सामग्री से बेहतर है।यह बहुत पारदर्शी है.ऊर्ध्वाधर आपतित दृश्य प्रकाश का केवल एक छोटा सा हिस्सा (2.3%) ग्राफीन द्वारा अवशोषित किया जाएगा, और अधिकांश प्रकाश इससे होकर गुजरेगा।यह इतना घना है कि हीलियम परमाणु (सबसे छोटे गैस अणु) भी इसमें से नहीं गुजर सकते।ये जादुई गुण सीधे ग्रेफाइट से नहीं, बल्कि क्वांटम यांत्रिकी से विरासत में मिले हैं।इसके अद्वितीय विद्युत और ऑप्टिकल गुण यह निर्धारित करते हैं कि इसमें व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।

हालाँकि ग्राफीन केवल दस वर्षों से भी कम समय के लिए प्रकट हुआ है, इसने कई तकनीकी अनुप्रयोग दिखाए हैं, जो भौतिकी और सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में बहुत दुर्लभ है।सामान्य सामग्रियों को प्रयोगशाला से वास्तविक जीवन में स्थानांतरित होने में दस साल या दशकों से भी अधिक समय लगता है।ग्राफीन का उपयोग क्या 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 उपकरण पारदर्शी इलेक्ट्रोड के अस्तित्व को नहीं छोड़ सकते हैं।पारंपरिक पारदर्शी इलेक्ट्रोड इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) का उपयोग करता है।उच्च कीमत और इंडियम की सीमित आपूर्ति के कारण, सामग्री भंगुर है और लचीलेपन की कमी है, और इलेक्ट्रोड को वैक्यूम की मध्य परत में जमा करने की आवश्यकता होती है, और लागत अपेक्षाकृत अधिक है।काफी समय से वैज्ञानिक इसका विकल्प ढूंढने में लगे हुए हैं।पारदर्शिता, अच्छी चालकता और आसान तैयारी की आवश्यकताओं के अलावा, यदि सामग्री का लचीलापन 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 ऐसा पदार्थ है, जो पारदर्शी इलेक्ट्रोड के लिए बहुत उपयुक्त है।

दक्षिण कोरिया में सैमसंग और चेंगजंगुआन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा 30 इंच की विकर्ण लंबाई के साथ ग्राफीन प्राप्त किया और इसे ग्राफीन आधारित टच स्क्रीन बनाने के लिए 188 माइक्रोन मोटी पॉलीथीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) फिल्म में स्थानांतरित किया [4]।जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, तांबे की पन्नी पर उगाए गए ग्राफीन को पहले थर्मल स्ट्रिपिंग टेप (नीला पारदर्शी भाग) के साथ जोड़ा जाता है, फिर तांबे की पन्नी को रासायनिक विधि द्वारा भंग कर दिया जाता है, और अंत में ग्राफीन को गर्म करके पीईटी फिल्म में स्थानांतरित कर दिया जाता है। .

नए फोटोइलेक्ट्रिक प्रेरण उपकरण
ग्राफीन में बहुत ही अनोखे ऑप्टिकल गुण होते हैं।यद्यपि परमाणुओं की केवल एक परत होती है, यह दृश्य प्रकाश से लेकर अवरक्त तक संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में उत्सर्जित प्रकाश का 2.3% अवशोषित कर सकती 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 से वाहकों (इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों) की उत्पत्ति होगी।ग्राफीन में वाहकों का उत्पादन और परिवहन पारंपरिक अर्धचालकों से बहुत अलग है।यह ग्राफीन को अल्ट्राफास्ट फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण के लिए बहुत उपयुक्त बनाता है।यह अनुमान लगाया गया है कि ऐसे 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 एक संचारित कर सकता है, और एक सेकंड में दो ब्लू रे डिस्क की सामग्री का ट्रांसमिशन पूरा कर सकता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में आईबीएम थॉमस जे. वाटसन रिसर्च सेंटर के विशेषज्ञों ने फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरणों के निर्माण के लिए ग्राफीन का उपयोग किया है जो 10GHz आवृत्ति पर काम कर सकते हैं [8]।सबसे पहले, "टेप फाड़ने की विधि" द्वारा 300 एनएम मोटे सिलिका से ढके सिलिकॉन सब्सट्रेट पर ग्राफीन के टुकड़े तैयार किए गए, और फिर उस पर 1 माइक्रोन के अंतराल और 250 एनएम की चौड़ाई के साथ पैलेडियम गोल्ड या टाइटेनियम गोल्ड इलेक्ट्रोड बनाए गए।इस प्रकार, एक ग्राफीन आधारित फोटोइलेक्ट्रिक प्रेरण उपकरण प्राप्त होता है।

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

प्रयोगों के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह धातु ग्राफीन धातु संरचना फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन डिवाइस अधिकतम 16GHz की कार्यशील 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 लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त प्रकाश पर प्रतिक्रिया नहीं कर सकता है।ग्राफीन फोटोइलेक्ट्रिक इंडक्शन उपकरण की कार्य आवृत्ति में अभी भी सुधार की काफी गुंजाइश है।इसका बेहतर प्रदर्शन इसे संचार, रिमोट कंट्रोल और पर्यावरण निगरानी सहित अनुप्रयोग संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला बनाता है।

अद्वितीय गुणों वाली एक नई सामग्री के रूप में, ग्राफीन के अनुप्रयोग पर अनुसंधान एक के बाद एक उभर रहा है।हमारे लिए यहां उनकी गणना करना कठिन है।भविष्य में, दैनिक जीवन में ग्राफीन से बने फील्ड इफेक्ट ट्यूब, ग्राफीन से बने आणविक स्विच और ग्राफीन से बने आणविक डिटेक्टर हो सकते हैं... प्रयोगशाला से धीरे-धीरे निकलने वाला ग्राफीन दैनिक जीवन में चमकेगा।

हम उम्मीद कर सकते हैं कि निकट भविष्य में ग्राफीन का उपयोग करने वाले बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद सामने आएंगे।इस बारे में सोचें कि यह कितना दिलचस्प होगा यदि हमारे स्मार्टफोन और नेटबुक को लपेटा जा सके, हमारे कानों पर लगाया जा सके, हमारी जेबों में भरा जा सके, या उपयोग में न होने पर हमारी कलाई के चारों ओर लपेटा जा सके!