ગ્રાફિનનો ઉપયોગ શું છે? બે એપ્લિકેશન કેસો તમને ગ્રાફિનની એપ્લિકેશન સંભાવનાને સમજવા દે છે

2010 માં, જીમ અને નોવોસેલોવે ગ્રાફિન પરના તેમના કાર્ય માટે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર જીત્યો. આ એવોર્ડથી ઘણા લોકો પર deep ંડી છાપ પડી છે. છેવટે, દરેક નોબેલ પારિતોષિક પ્રાયોગિક સાધન એડહેસિવ ટેપ જેટલું સામાન્ય નથી, અને દરેક સંશોધન object બ્જેક્ટ જાદુઈ અને "દ્વિ-પરિમાણીય સ્ફટિક" ગ્રાફિન જેટલું સમજવા જેટલું સરળ નથી. 2004 માં કામ 2010 માં આપી શકાય છે, જે તાજેતરના વર્ષોમાં નોબેલ પુરસ્કારના રેકોર્ડમાં ભાગ્યે જ જોવા મળે છે.

ગ્રાફિન એ એક પ્રકારનો પદાર્થ છે જેમાં કાર્બન અણુઓનો એક જ સ્તર બે-પરિમાણીય હનીકોમ્બ ષટ્કોણ જાળીમાં નજીકથી ગોઠવાય છે. હીરા, ગ્રેફાઇટ, ફુલરીન, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને આકારહીન કાર્બનની જેમ, તે કાર્બન તત્વોથી બનેલો પદાર્થ (સરળ પદાર્થ) છે. નીચે આપેલા આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, ફુલરેન્સ અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ ગ્રાફિનના એક જ સ્તરથી કોઈ રીતે રોલ અપ તરીકે જોઇ શકાય છે, જે ગ્રાફિનના ઘણા સ્તરો દ્વારા સ્ટ ack ક્ડ છે. વિવિધ કાર્બન સરળ પદાર્થો (ગ્રેફાઇટ, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને ગ્રાફિન) ના ગુણધર્મોનું વર્ણન કરવા માટે ગ્રાફિનના ઉપયોગ પર સૈદ્ધાંતિક સંશોધન લગભગ 60 વર્ષ સુધી ચાલ્યું છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે આવી બે-પરિમાણીય સામગ્રી એકલા અસ્તિત્વમાં રહેવાનું મુશ્કેલ છે, ફક્ત ત્રિ-પરિમાણીય સબસ્ટ્રેટ સપાટી અથવા ગ્રેફાઇટ જેવા પદાર્થોની અંદર જોડાયેલ છે. 2004 સુધી આન્દ્રે ગિમ અને તેના વિદ્યાર્થી કોન્સ્ટેન્ટિન નોવોસેલોવે ગ્રાફાઇટમાંથી ગ્રાફાઇટમાંથી એક જ સ્તર છીનવી લીધો હતો જે ગ્રાફિન પરના સંશોધન દ્વારા નવો વિકાસ પ્રાપ્ત થયો હતો.

ફુલરીન (ડાબે) અને કાર્બન નેનોટ્યુબ (મધ્યમ) બંનેને કોઈ રીતે ગ્રાફિનના એક સ્તર દ્વારા ફેરવવામાં આવે છે, જ્યારે ગ્રેફાઇટ (જમણે) ને વેન ડેર વાલ્સ ફોર્સના જોડાણ દ્વારા ગ્રાફિનના બહુવિધ સ્તરો દ્વારા સ્ટ ack ક કરવામાં આવે છે.

આજકાલ, ગ્રાફિન ઘણી રીતે મેળવી શકાય છે, અને વિવિધ પદ્ધતિઓ તેમના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા ધરાવે છે. ગીમ અને નોવોસેલોવે સરળ રીતે ગ્રાફિન મેળવ્યો. સુપરમાર્કેટ્સમાં ઉપલબ્ધ પારદર્શક ટેપનો ઉપયોગ કરીને, તેઓએ ગ્રાફિનને છીનવી લીધું, એક ગ્રેફાઇટ શીટ, જે કાર્બન અણુઓનો માત્ર એક સ્તર જાડા છે, ઉચ્ચ-ઓર્ડર પાયરોલિટીક ગ્રેફાઇટના ટુકડાથી. આ અનુકૂળ છે, પરંતુ નિયંત્રણક્ષમતા એટલી સારી નથી, અને 100 થી ઓછા માઇક્રોન (એક મિલીમીટરનો દસમો ભાગ) ના કદ સાથે ગ્રાફિન ફક્ત મેળવી શકાય છે, જેનો ઉપયોગ પ્રયોગો માટે કરી શકાય છે, પરંતુ વ્યવહારિક માટે તેનો ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ છે અરજીઓ. રાસાયણિક બાષ્પ જુબાની ધાતુની સપાટી પર દસ સેન્ટિમીટરના કદ સાથે ગ્રાફિન નમૂનાઓ ઉગાડી શકે છે. જોકે સુસંગત અભિગમ સાથેનો વિસ્તાર ફક્ત 100 માઇક્રોન [3,4] છે, તે કેટલીક એપ્લિકેશનોની ઉત્પાદન આવશ્યકતાઓ માટે યોગ્ય છે. બીજી સામાન્ય પદ્ધતિ એ છે કે સિલિકોન કાર્બાઇડ (એસઆઈસી) ક્રિસ્ટલને 1100 થી વધુ વેક્યૂમમાં ગરમ ​​કરવી, જેથી સપાટીની નજીકના સિલિકોન અણુઓ બાષ્પીભવન થાય, અને બાકીના કાર્બન અણુઓને ફરીથી ગોઠવવામાં આવે છે, જે સારા ગુણધર્મો સાથે ગ્રાફિન નમૂનાઓ પણ મેળવી શકે છે.

ગ્રાફિન એ અનન્ય ગુણધર્મોવાળી નવી સામગ્રી છે: તેની વિદ્યુત વાહકતા કોપર જેટલી ઉત્તમ છે, અને તેની થર્મલ વાહકતા કોઈપણ જાણીતી સામગ્રી કરતા વધુ સારી છે. તે ખૂબ પારદર્શક છે. Vertic ભી ઘટનાનો માત્ર એક નાનો ભાગ (2.3%) દૃશ્યમાન પ્રકાશ ગ્રાફિન દ્વારા શોષી લેવામાં આવશે, અને મોટાભાગનો પ્રકાશ પસાર થશે. તે એટલું ગા ense છે કે હિલીયમ અણુઓ (નાનામાં નાના ગેસના અણુઓ) પણ પસાર થઈ શકતા નથી. આ જાદુઈ ગુણધર્મો સીધા ગ્રેફાઇટથી વારસામાં નથી, પરંતુ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સથી છે. તેની અનન્ય વિદ્યુત અને opt પ્ટિકલ ગુણધર્મો નક્કી કરે છે કે તેમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવના છે.

જોકે ગ્રાફિન ફક્ત દસ વર્ષથી ઓછા સમય માટે જ દેખાયો છે, તેણે ઘણી તકનીકી એપ્લિકેશનો બતાવી છે, જે ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ભૌતિક વિજ્ .ાનના ક્ષેત્રોમાં ખૂબ જ દુર્લભ છે. સામાન્ય સામગ્રીને પ્રયોગશાળાથી વાસ્તવિક જીવનમાં જવા માટે દસ વર્ષ અથવા દાયકાઓથી વધુ સમય લાગે છે. ગ્રાફિનનો ઉપયોગ શું છે? ચાલો બે ઉદાહરણો જોઈએ.

નરમ પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ
ઘણા વિદ્યુત ઉપકરણોમાં, પારદર્શક વાહક સામગ્રીનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોડ્સ તરીકે કરવાની જરૂર છે. ઇલેક્ટ્રોનિક ઘડિયાળો, કેલ્ક્યુલેટર, ટેલિવિઝન, લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ડિસ્પ્લે, ટચ સ્ક્રીનો, સોલર પેનલ્સ અને અન્ય ઘણા ઉપકરણો પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ્સનું અસ્તિત્વ છોડી શકતા નથી. પરંપરાગત પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ ઇન્ડિયમ ટીન ox કસાઈડ (આઇટીઓ) નો ઉપયોગ કરે છે. ઈન્ડિયમની price ંચી કિંમત અને મર્યાદિત પુરવઠાને લીધે, સામગ્રી બરડ અને સુગમતાનો અભાવ છે, અને ઇલેક્ટ્રોડને વેક્યૂમના મધ્યમ સ્તરમાં જમા કરવાની જરૂર છે, અને કિંમત પ્રમાણમાં વધારે છે. લાંબા સમયથી, વૈજ્ .ાનિકો તેનો અવેજી શોધવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે. પારદર્શિતા, સારી વાહકતા અને સરળ તૈયારીની આવશ્યકતાઓ ઉપરાંત, જો સામગ્રીની રાહત પોતે સારી છે, તો તે "ઇલેક્ટ્રોનિક કાગળ" અથવા અન્ય ફોલ્ડેબલ ડિસ્પ્લે ડિવાઇસીસ બનાવવા માટે યોગ્ય રહેશે. તેથી, સુગમતા પણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પાસા છે. ગ્રાફિન એવી સામગ્રી છે, જે પારદર્શક ઇલેક્ટ્રોડ્સ માટે ખૂબ યોગ્ય છે.

દક્ષિણ કોરિયાની સેમસંગ અને ચેંગજંગુઆન યુનિવર્સિટીના સંશોધનકારોએ રાસાયણિક વરાળની રજૂઆત દ્વારા 30 ઇંચની કર્ણ લંબાઈ સાથે ગ્રાફિન મેળવ્યું અને તેને ગ્રેફિન આધારિત ટચ સ્ક્રીન બનાવવા માટે 188 માઇક્રોન જાડા પોલિઇથિલિન ટેરેફેથલેટ (પીઈટી) ફિલ્મમાં સ્થાનાંતરિત કર્યું []]. નીચે આપેલા આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, તાંબાના વરખ પર ઉગાડવામાં આવેલી ગ્રાફિનને પ્રથમ થર્મલ સ્ટ્રિપિંગ ટેપ (વાદળી પારદર્શક ભાગ) સાથે બંધાયેલ છે, પછી કોપર વરખ રાસાયણિક પદ્ધતિ દ્વારા ઓગળી જાય છે, અને છેવટે ગ્રાફિનને પાળતુ પ્રાણી ફિલ્મમાં ગરમ ​​કરીને સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. .

નવા ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન સાધનો
ગ્રાફિનમાં ખૂબ જ અનન્ય opt પ્ટિકલ ગુણધર્મો છે. તેમ છતાં ત્યાં અણુઓનો એક જ સ્તર છે, તે દૃશ્યમાન પ્રકાશથી ઇન્ફ્રારેડ સુધીની સંપૂર્ણ તરંગલંબાઇની શ્રેણીમાં em3% ઉત્સર્જિત પ્રકાશને શોષી શકે છે. આ સંખ્યાને ગ્રાફિનના અન્ય સામગ્રી પરિમાણો સાથે કોઈ લેવાદેવા નથી અને તે ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ []] દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. શોષિત પ્રકાશ વાહકો (ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો) ની પે generation ી તરફ દોરી જશે. ગ્રાફિનમાં કેરિયર્સની પે generation ી અને પરિવહન પરંપરાગત સેમિકન્ડક્ટર્સ કરતા ખૂબ અલગ છે. આ ગ્રાફિનને અલ્ટ્રાફાસ્ટ ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન સાધનો માટે ખૂબ યોગ્ય બનાવે છે. એવો અંદાજ છે કે આવા ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન સાધનો 500GHz ની આવર્તન પર કામ કરી શકે છે. જો તેનો ઉપયોગ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન માટે કરવામાં આવે છે, તો તે 500 અબજ શૂન્ય અથવા પ્રતિ સેકન્ડમાં પ્રસારિત કરી શકે છે, અને એક સેકંડમાં બે બ્લુ રે ડિસ્કના સમાવિષ્ટનું પ્રસારણ પૂર્ણ કરી શકે છે.

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં આઇબીએમ થોમસ જે. વોટસન રિસર્ચ સેન્ટરના નિષ્ણાતોએ ગ્રાફિનનો ઉપયોગ ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન ડિવાઇસેસ બનાવવા માટે કર્યો છે જે 10GHz આવર્તન []] પર કામ કરી શકે છે. પ્રથમ, ગ્રાફિન ફ્લેક્સ 300 એનએમ જાડા સિલિકાથી covered ંકાયેલ સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર "ટેપ ફાટીંગ મેથડ" દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા, અને પછી પેલેડિયમ ગોલ્ડ અથવા ટાઇટેનિયમ ગોલ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ્સ 1 માઇક્રોનના અંતરાલ સાથે અને તેના પર 250 એનએમની પહોળાઈ બનાવવામાં આવી હતી. આ રીતે, ગ્રાફિન આધારિત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન ડિવાઇસ પ્રાપ્ત થાય છે.

ગ્રાફિન ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન સાધનો અને સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ (એસઇએમ) ના વાસ્તવિક નમૂનાઓના ફોટાઓનું યોજનાકીય આકૃતિ. આકૃતિમાં કાળી ટૂંકી લાઇન 5 માઇક્રોનને અનુરૂપ છે, અને ધાતુની રેખાઓ વચ્ચેનું અંતર એક માઇક્રોન છે.

પ્રયોગો દ્વારા, સંશોધનકારોએ શોધી કા .્યું કે આ મેટલ ગ્રાફિન મેટલ સ્ટ્રક્ચર ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન ડિવાઇસ મોટાભાગે 16 જીએચઝેડની કાર્યકારી આવર્તન સુધી પહોંચી શકે છે, અને 300 એનએમ (અલ્ટ્રાવાયોલેટની નજીક) થી 6 માઇક્રોન (ઇન્ફ્રારેડ) સુધીની તરંગલંબાઇની રેન્જમાં ઉચ્ચ ગતિએ કામ કરી શકે છે પરંપરાગત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન ટ્યુબ લાંબા સમય સુધી તરંગલંબાઇ સાથે ઇન્ફ્રારેડ લાઇટનો જવાબ આપી શકતી નથી. ગ્રાફિન ફોટોઇલેક્ટ્રિક ઇન્ડક્શન સાધનોની કાર્યકારી આવર્તન હજી સુધારણા માટે સરસ જગ્યા ધરાવે છે. તેની શ્રેષ્ઠ કામગીરીમાં તે સંદેશાવ્યવહાર, રિમોટ કંટ્રોલ અને પર્યાવરણીય દેખરેખ સહિતની એપ્લિકેશનની સંભાવનાની વિશાળ શ્રેણી છે.

અનન્ય ગુણધર્મોવાળી નવી સામગ્રી તરીકે, ગ્રાફિનની એપ્લિકેશન પર સંશોધન એક પછી એક ઉભરી રહ્યું છે. અમારા માટે તેમને અહીં ગણવું મુશ્કેલ છે. ભવિષ્યમાં, ત્યાં ગ્રાફીન, ગ્રાફિનથી બનેલા મોલેક્યુલર સ્વીચો અને દૈનિક જીવનમાં ગ્રાફિનથી બનેલા પરમાણુ ડિટેક્ટર્સથી બનેલા ફીલ્ડ ઇફેક્ટ ટ્યુબ હોઈ શકે છે ... ગ્રાફીન જે ધીરે ધીરે પ્રયોગશાળામાંથી બહાર આવે છે તે દૈનિક જીવનમાં ચમકશે.

અમે અપેક્ષા રાખી શકીએ છીએ કે ગ્રાફિનનો ઉપયોગ કરીને મોટી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનો નજીકના ભવિષ્યમાં દેખાશે. જો આપણા સ્માર્ટફોન અને નેટબુક્સ રોલ કરવામાં આવે, અમારા કાન પર ક્લેમ્પ્ડ થઈ શકે, અમારા ખિસ્સામાં ભરાઈ શકે અથવા ઉપયોગમાં ન હોય ત્યારે અમારા કાંડાની આસપાસ લપેટવામાં આવે તો તે કેટલું રસપ્રદ હશે તે વિશે વિચારો!