ග්‍රැෆීන් වල ප්‍රයෝජනය කුමක්ද?යෙදුම් අවස්ථා දෙකක් ඔබට ග්‍රැෆීන් යෙදුම් අපේක්ෂාව තේරුම් ගැනීමට ඉඩ සලසයි

2010 දී Geim සහ Novoselov ග්‍රැෆීන් පිළිබඳ ඔවුන්ගේ වැඩ සඳහා භෞතික විද්‍යාව සඳහා නොබෙල් ත්‍යාගය දිනා ගත්හ.මෙම සම්මානය බොහෝ දෙනෙකුට ගැඹුරු හැඟීමක් ඇති කර ඇත.සියල්ලට පසු, සෑම නොබෙල් ත්‍යාග පර්යේෂණාත්මක මෙවලමක්ම ඇලවුම් පටි තරම් පොදු නොවන අතර සෑම පර්යේෂණ වස්තුවක්ම “ද්විමාන ස්ඵටික” ග්‍රැෆීන් තරම් ඉන්ද්‍රජාලික සහ තේරුම් ගැනීමට පහසු නොවේ.2004 වසරේ කෘතිය 2010 දී ප්‍රදානය කළ හැකි අතර එය මෑත වසරවල නොබෙල් ත්‍යාග වාර්තාවේ දුර්ලභ වේ.

ග්‍රැෆීන් යනු ද්විමාන පැණි වද ෂඩාස්‍රාකාර දැලිසකට සමීපව සකස් කර ඇති කාබන් පරමාණුවල තනි ස්ථරයකින් සමන්විත ද්‍රව්‍යයකි.දියමන්ති, මිනිරන්, ෆුලරීන්, කාබන් නැනෝ ටියුබ් සහ අස්ඵටික කාබන් මෙන් එය කාබන් මූලද්‍රව්‍ය වලින් සමන්විත ද්‍රව්‍යයක් (සරල ද්‍රව්‍යයක්) වේ.පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, ග්‍රැෆීන් ස්ථර රාශියකින් ගොඩගැසී ඇති තනි ග්‍රැෆීන් ස්ථරයකින් ෆුලරීන් සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් යම් ආකාරයකින් පෙරළී ඇති අයුරු දැකිය හැක.විවිධ කාබන් සරල ද්‍රව්‍යවල (මිනිරන්, කාබන් නැනෝ ටියුබ් සහ ග්‍රැෆීන්) ගුණ විස්තර කිරීම සඳහා ග්‍රැෆීන් භාවිතය පිළිබඳ න්‍යායාත්මක පර්යේෂණ වසර 60කට ආසන්න කාලයක් පැවති නමුත් සාමාන්‍යයෙන් එවැනි ද්විමාන ද්‍රව්‍ය ස්ථායීව පැවතීම අපහසු බව විශ්වාස කෙරේ. ත්‍රිමාණ උපස්ථර මතුපිටට හෝ ග්‍රැෆයිට් වැනි ද්‍රව්‍යවලට පමණක් සම්බන්ධ කර ඇත.Andre Geim සහ ඔහුගේ ශිෂ්‍ය Konstantin Novoselov අත්හදා බැලීම් මගින් මිනිරන් වලින් ග්‍රැෆීන් තට්ටුවක් ඉවත් කර ග්‍රැෆීන් පිළිබඳ පර්යේෂණ නව වර්ධනයක් අත්කර ගත්තේ 2004 වන තෙක් නොවේ.

ෆුලරීන් (වමේ) සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ් (මැද) යන දෙකම යම් ආකාරයකින් ග්‍රැෆීන් තනි ස්ථරයකින් පෙරළීම ලෙස සැලකිය හැකි අතර, මිනිරන් (දකුණේ) වැන් ඩර් වෝල්ස් බලය සම්බන්ධ කිරීම හරහා ග්‍රැෆීන් ස්ථර කිහිපයකින් ගොඩගැසී ඇත.

වර්තමානයේ, ග්රැෆීන් බොහෝ ආකාරවලින් ලබා ගත හැකි අතර, විවිධ ක්රමවලට ඔවුන්ගේම වාසි සහ අවාසි ඇත.Geim සහ Novoselov සරල ආකාරයකින් ග්රැෆීන් ලබා ගත්හ.සුපිරි වෙළඳසැල්වල ඇති විනිවිද පෙනෙන ටේප් භාවිතා කරමින්, ඔවුන් ඉහළ පෙළේ පයිරොලයිටික් ග්‍රැෆයිට් කැබැල්ලකින් කාබන් පරමාණු ඝන තට්ටුවක් සහිත ග්‍රැෆයිට් පත්‍රයක් ඉවත් කළහ.මෙය පහසු නමුත් පාලනය කිරීමේ හැකියාව එතරම් හොඳ නැති අතර මයික්‍රෝන 100 ට අඩු (මිලිමීටරයකින් දහයෙන් එකක්) ග්‍රැෆීන් ලබා ගත හැක්කේ අත්හදා බැලීම් සඳහා භාවිතා කළ හැකි නමුත් ප්‍රායෝගිකව භාවිතා කිරීම දුෂ්කර ය. අයදුම්පත්.රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීමෙන් ලෝහ මතුපිට සෙන්ටිමීටර දස දහස් ගණනක ප්‍රමාණයෙන් ග්‍රැෆීන් සාම්පල වර්ධනය විය හැක.ස්ථාවර දිශානතිය සහිත ප්රදේශය මයික්රෝන 100 [3,4] පමණක් වුවද, එය සමහර යෙදුම්වල නිෂ්පාදන අවශ්යතා සඳහා සුදුසු වේ.තවත් පොදු ක්‍රමයක් නම්, සිලිකන් කාබයිඩ් (SIC) ස්ඵටිකය රික්තකයේ 1100 ℃ ට වඩා රත් කිරීම, එවිට මතුපිට අසල ඇති සිලිකන් පරමාණු වාෂ්ප වී, ඉතිරි කාබන් පරමාණු නැවත සකස් කර ඇති අතර එමඟින් හොඳ ගුණ ඇති ග්‍රැෆීන් සාම්පල ලබා ගත හැකිය.

ග්‍රැෆීන් යනු අද්විතීය ගුණාංග සහිත නව ද්‍රව්‍යයකි: එහි විද්‍යුත් සන්නායකතාවය තඹ තරම් විශිෂ්ට වන අතර එහි තාප සන්නායකතාවය දන්නා ඕනෑම ද්‍රව්‍යයකට වඩා හොඳය.එය ඉතා විනිවිද පෙනෙන ය.සිරස් සිදුවීම් දෘශ්‍ය ආලෝකයෙන් කුඩා කොටසක් (2.3%) පමණක් ග්‍රැෆීන් මගින් අවශෝෂණය කර ගන්නා අතර බොහෝ ආලෝකය හරහා ගමන් කරයි.එය හීලියම් පරමාණු (කුඩාම වායු අණු) පවා ගමන් කළ නොහැකි තරම් ඝන වේ.මෙම ඉන්ද්‍රජාලික ගුණාංග ග්‍රැෆයිට් වලින් කෙලින්ම උරුම වූවක් නොව ක්වොන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවෙන්.එහි අද්විතීය විද්‍යුත් සහ දෘෂ්‍ය ගුණාංග එයට පුළුල් යෙදුම් අපේක්ෂාවන් ඇති බව තීරණය කරයි.

ග්‍රැෆීන් වසර දහයකට අඩු කාලයක් පමණක් දර්ශනය වී ඇතත්, එය භෞතික විද්‍යාව හා ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව යන ක්ෂේත්‍රවල ඉතා දුර්ලභ වන බොහෝ තාක්ෂණික යෙදුම් පෙන්වා ඇත.සාමාන්‍ය ද්‍රව්‍ය රසායනාගාරයේ සිට සැබෑ ජීවිතයට ගමන් කිරීමට වසර දහයකට වඩා හෝ දශකයකට වැඩි කාලයක් ගතවේ.ග්‍රැෆීන් වල ප්‍රයෝජනය කුමක්ද?අපි උදාහරණ දෙකක් බලමු.

මෘදු විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩය
බොහෝ විදුලි උපකරණවල ඉලෙක්ට්රෝඩ ලෙස විනිවිද පෙනෙන සන්නායක ද්රව්ය භාවිතා කිරීම අවශ්ය වේ.ඉලෙක්ට්‍රොනික ඔරලෝසු, කැල්කියුලේටර, රූපවාහිනී, ද්‍රව ස්ඵටික සංදර්ශක, ස්පර්ශ තිර, සූර්ය පැනල සහ තවත් බොහෝ උපාංග විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ වල පැවැත්ම අත්හැරිය නොහැක.සාම්ප්රදායික විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩය ඉන්ඩියම් ටින් ඔක්සයිඩ් (ITO) භාවිතා කරයි.ඉන්ඩියම් වල ඉහළ මිල සහ සීමිත සැපයුම හේතුවෙන්, ද්රව්යය බිඳෙනසුලු හා නම්යශීලී බවක් නොමැති අතර, ඉලෙක්ට්රෝඩය රික්තකයේ මැද ස්ථරයේ තැන්පත් කිරීම අවශ්ය වන අතර පිරිවැය සාපේක්ෂව ඉහළ ය.දිගු කලක් තිස්සේ විද්යාඥයින් එහි ආදේශකයක් සොයා ගැනීමට උත්සාහ කර ඇත.විනිවිදභාවය, හොඳ සන්නායකතාවය සහ පහසු සකස් කිරීමේ අවශ්‍යතා වලට අමතරව, ද්‍රව්‍යයේ නම්‍යශීලී බව හොඳ නම්, එය “ඉලෙක්ට්‍රොනික් කඩදාසි” හෝ වෙනත් නැමිය හැකි සංදර්ශක උපාංග සෑදීම සඳහා සුදුසු වේ.එබැවින් නම්‍යශීලී බව ද ඉතා වැදගත් අංගයකි.Graphene යනු එවැනි ද්රව්යයක් වන අතර එය විනිවිද පෙනෙන ඉලෙක්ට්රෝඩ සඳහා ඉතා යෝග්ය වේ.

දකුණු කොරියාවේ Samsung සහ chengjunguan විශ්වවිද්‍යාලයේ පර්යේෂකයන් විසින් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම මගින් අඟල් 30 ක විකර්ණ දිගකින් යුත් ග්‍රැෆීන් ලබාගෙන එය ග්‍රැෆීන් පාදක ස්පර්ශ තිරයක් නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා මයික්‍රෝන 188 ක ඝනක පොලිඑතිලීන් ටෙරෙෆ්තලේට් (PET) පටලයකට මාරු කරන ලදී [4].පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, තඹ තීරු මත වැඩෙන ග්‍රැෆීන් මුලින්ම තාප තීරු පටිය (නිල් පාරදෘශ්‍ය කොටස) සමඟ බැඳී ඇත, පසුව තඹ තීරු රසායනික ක්‍රමයෙන් විසුරුවා හරිනු ලැබේ, අවසානයේ ග්‍රැෆීන් රත් කිරීමෙන් PET පටලයට මාරු කරනු ලැබේ. .

නව ඡායාරූප විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපකරණ
ග්‍රැෆීන් ඉතා සුවිශේෂී දෘශ්‍ය ගුණ ඇත.පරමාණුවල ඇත්තේ එක් ස්ථරයක් පමණක් වුවද, දෘශ්‍ය ආලෝකයේ සිට අධෝරක්ත කිරණ දක්වා මුළු තරංග ආයාම පරාසය තුළම විමෝචනය වන ආලෝකයෙන් 2.3%ක් අවශෝෂණය කරගත හැකිය.මෙම සංඛ්‍යාව ග්‍රැෆීන්හි අනෙකුත් ද්‍රව්‍ය පරාමිතීන් සමඟ කිසිදු සම්බන්ධයක් නොමැති අතර ක්වොන්ටම් විද්‍යුත් ගති විද්‍යාව [6] මගින් තීරණය වේ.අවශෝෂණය කරන ලද ආලෝකය වාහක (ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ සිදුරු) උත්පාදනය කිරීමට හේතු වේ.ග්‍රැෆීන් වල වාහක උත්පාදනය සහ ප්‍රවාහනය සාම්ප්‍රදායික අර්ධ සන්නායක වලට වඩා බෙහෙවින් වෙනස් ය.මෙමගින් අති වේගවත් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපකරණ සඳහා ග්‍රැෆීන් ඉතා යෝග්‍ය වේ.එවැනි ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපකරණ 500ghz සංඛ්‍යාතයෙන් ක්‍රියා කළ හැකි බවට ගණන් බලා ඇත.එය සංඥා සම්ප්‍රේෂණය සඳහා භාවිතා කරන්නේ නම්, එය තත්පරයකට බිංදු බිලියන 500 ක් හෝ එකක් සම්ප්‍රේෂණය කළ හැකි අතර, Blu ray තැටි දෙකක අන්තර්ගතය තත්පරයකින් සම්ප්‍රේෂණය කළ හැකිය.

එක්සත් ජනපදයේ IBM Thomas J. Watson Research Center හි විශේෂඥයින් 10GHz සංඛ්‍යාතයෙන් ක්‍රියා කළ හැකි ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීමට ග්‍රැෆීන් භාවිතා කර ඇත [8].පළමුව, “ටේප් ඉරීමේ ක්‍රමය” මගින් 300 nm ඝන සිලිකා වලින් ආවරණය කරන ලද සිලිකන් උපස්ථරයක් මත ග්‍රැෆීන් පෙති සකස් කරන ලද අතර, පසුව එය මත මයික්‍රෝන 1 ක පරතරයකින් සහ 250 nm පළලකින් යුත් පැලේඩියම් රන් හෝ ටයිටේනියම් රන් ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සාදන ලදී.මේ ආකාරයට ග්‍රැෆීන් පදනම් වූ ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපාංගයක් ලබා ගනී.

ග්‍රැෆීන් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපකරණවල ක්‍රමානුකූල රූප සටහන සහ සත්‍ය සාම්පලවල ස්කෑන් ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂ (SEM) ඡායාරූප.රූපයේ කළු කෙටි රේඛාව මයික්‍රෝන 5 ට අනුරූප වන අතර ලෝහ රේඛා අතර දුර මයික්‍රෝන එකකි.

මෙම ලෝහ ග්‍රැෆීන් ලෝහ ව්‍යුහයේ ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපාංගයට උපරිම වශයෙන් 16ghz ක්‍රියාකාරී සංඛ්‍යාතයට ළඟා විය හැකි බවත්, 300 nm (පාරජම්බුල කිරණ ආසන්නයේ) සිට මයික්‍රෝන 6 (අධෝරක්ත) දක්වා තරංග ආයාම පරාසය තුළ අධික වේගයෙන් ක්‍රියා කළ හැකි බවත් පර්යේෂණ මගින් පර්යේෂකයන් සොයා ගත්හ. සාම්ප්‍රදායික ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ නළයට දිගු තරංග ආයාමයක් සහිත අධෝරක්ත ආලෝකයට ප්‍රතිචාර දැක්විය නොහැක.ග්‍රැෆීන් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ප්‍රේරණ උපකරණවල ක්‍රියාකාරී සංඛ්‍යාතය තවමත් වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා විශාල ඉඩක් ඇත.එහි උසස් ක්‍රියාකාරිත්වය නිසා සන්නිවේදනය, දුරස්ථ පාලක සහ පාරිසරික අධීක්‍ෂණය ඇතුළු පුළුල් පරාසයක යෙදුම් අපේක්ෂාවන් ඇත.

අද්විතීය ගුණාංග සහිත නව ද්‍රව්‍යයක් ලෙස, ග්‍රැෆීන් යෙදීම පිළිබඳ පර්යේෂණ එකින් එක මතුවෙමින් තිබේ.ඒවා මෙහි සඳහන් කිරීම අපට අපහසුය.අනාගතයේදී, ග්‍රැෆීන් වලින් සාදන ලද ක්ෂේත්‍ර ආචරණ නල, ග්‍රැෆීන් වලින් සාදන ලද අණුක ස්විච සහ ග්‍රැෆීන් වලින් සාදන ලද අණුක අනාවරක එදිනෙදා ජීවිතයේදී ඇති විය හැකිය ... රසායනාගාරයෙන් ක්‍රමයෙන් පිටවන ග්‍රැෆීන් එදිනෙදා ජීවිතයේදී බැබළේ.

නුදුරු අනාගතයේ දී ග්‍රැෆීන් භාවිතයෙන් ඉලෙක්ට්‍රොනික නිෂ්පාදන විශාල ප්‍රමාණයක් දිස්වනු ඇතැයි අපට අපේක්ෂා කළ හැකිය.අපගේ ස්මාර්ට් ෆෝන් සහ නෙට්බුක් භාවිතා නොකරන විට අපගේ කන්වල තද කර, අපගේ සාක්කුවල පුරවා හෝ අපගේ මැණික් කටුව වටා ඔතා ගත හැකි නම් එය කෙතරම් සිත්ගන්නාසුළු දැයි සිතා බලන්න!