கிராபெனின் பயன் என்ன?இரண்டு பயன்பாட்டு வழக்குகள் கிராபெனின் பயன்பாட்டு வாய்ப்பைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது

2010 ஆம் ஆண்டில், கீம் மற்றும் நோவோசெலோவ் ஆகியோர் கிராபெனின் பணிக்காக இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசை வென்றனர்.இந்த விருது பலருக்கு ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியுள்ளது.எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஒவ்வொரு நோபல் பரிசு சோதனைக் கருவியும் பிசின் டேப்பைப் போல பொதுவானது அல்ல, மேலும் ஒவ்வொரு ஆராய்ச்சிப் பொருளும் "இரு பரிமாண படிக" கிராபெனைப் போல மாயாஜாலமாகவும் புரிந்துகொள்ள எளிதானதாகவும் இல்லை.2004 இல் வேலை 2010 இல் வழங்கப்படலாம், இது சமீபத்திய ஆண்டுகளில் நோபல் பரிசு சாதனையில் அரிதானது.

கிராபீன் என்பது ஒரு வகையான கார்பன் அணுக்களைக் கொண்ட ஒரு வகையான பொருளாகும், இது இரு பரிமாண தேன்கூடு அறுகோண லட்டியில் நெருக்கமாக அமைக்கப்பட்டிருக்கும்.வைரம், கிராஃபைட், ஃபுல்லெரின், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் உருவமற்ற கார்பன் போன்றவை, இது கார்பன் தனிமங்களால் ஆன ஒரு பொருள் (எளிய பொருள்) ஆகும்.கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஃபுல்லெரின்கள் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் கிராபெனின் பல அடுக்குகளால் அடுக்கப்பட்ட கிராபெனின் ஒரு அடுக்கில் இருந்து ஏதோ ஒரு வகையில் சுருட்டப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம்.பல்வேறு கார்பன் எளிய பொருட்களின் (கிராஃபைட், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் கிராபெனின்) பண்புகளை விவரிக்க கிராபெனின் பயன்பாடு குறித்த தத்துவார்த்த ஆராய்ச்சி கிட்டத்தட்ட 60 ஆண்டுகளாக நீடித்தது, ஆனால் பொதுவாக இதுபோன்ற இரு பரிமாண பொருட்கள் நிலையானதாக இருப்பது கடினம் என்று பொதுவாக நம்பப்படுகிறது. முப்பரிமாண அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பு அல்லது கிராஃபைட் போன்ற பொருட்களுடன் மட்டுமே இணைக்கப்பட்டுள்ளது.2004 ஆம் ஆண்டு வரை ஆண்ட்ரே கெய்ம் மற்றும் அவரது மாணவர் கான்ஸ்டான்டின் நோவோசெலோவ் ஆகியோர் கிராஃபைட்டில் இருந்து கிராபெனின் ஒரு அடுக்கை சோதனைகள் மூலம் அகற்றினர், கிராபெனின் ஆராய்ச்சி புதிய வளர்ச்சியை அடைந்தது.

ஃபுல்லெரீன் (இடது) மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய் (நடுவில்) இரண்டும் ஏதோ ஒரு வகையில் கிராபெனின் ஒரு அடுக்கு மூலம் சுருட்டப்பட்டதாகக் கருதலாம், அதே சமயம் கிராஃபைட் (வலது) வான் டெர் வால்ஸ் விசையின் இணைப்பு மூலம் கிராபெனின் பல அடுக்குகளால் அடுக்கப்படுகிறது.

இப்போதெல்லாம், கிராபெனை பல வழிகளில் பெறலாம், மேலும் வெவ்வேறு முறைகள் அவற்றின் சொந்த நன்மைகள் மற்றும் தீமைகள் உள்ளன.Geim மற்றும் Novoselov எளிய முறையில் கிராபெனைப் பெற்றனர்.பல்பொருள் அங்காடிகளில் கிடைக்கும் வெளிப்படையான டேப்பைப் பயன்படுத்தி, உயர்-வரிசை பைரோலிடிக் கிராஃபைட்டின் ஒரு துண்டில் இருந்து ஒரே ஒரு அடுக்கு கார்பன் அணுக்கள் தடிமனான கிராஃபைட் தாளான கிராபெனை அகற்றினர்.இது வசதியானது, ஆனால் கட்டுப்படுத்தும் திறன் அவ்வளவு சிறப்பாக இல்லை, மேலும் 100 மைக்ரான் (ஒரு மில்லிமீட்டரில் பத்தில் ஒரு பங்கு) அளவு கொண்ட கிராபெனை மட்டுமே பெற முடியும், இது சோதனைகளுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம், ஆனால் நடைமுறைக்கு பயன்படுத்த கடினமாக உள்ளது. பயன்பாடுகள்.இரசாயன நீராவி படிவு உலோக மேற்பரப்பில் பத்து சென்டிமீட்டர் அளவு கொண்ட கிராபெனின் மாதிரிகளை வளர்க்கலாம்.சீரான நோக்குநிலை கொண்ட பகுதி 100 மைக்ரான்கள் [3,4] மட்டுமே என்றாலும், சில பயன்பாடுகளின் உற்பத்தித் தேவைகளுக்கு ஏற்றது.மற்றொரு பொதுவான முறை சிலிக்கான் கார்பைடு (SIC) படிகத்தை வெற்றிடத்தில் 1100 ℃ க்கு மேல் வெப்பப்படுத்துவதாகும், இதனால் மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள சிலிக்கான் அணுக்கள் ஆவியாகி, மீதமுள்ள கார்பன் அணுக்கள் மறுசீரமைக்கப்படுகின்றன, இது நல்ல பண்புகளுடன் கிராபெனின் மாதிரிகளைப் பெறலாம்.

கிராபீன் என்பது தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு புதிய பொருள்: அதன் மின் கடத்துத்திறன் தாமிரத்தைப் போலவே சிறந்தது, மேலும் அதன் வெப்ப கடத்துத்திறன் அறியப்பட்ட எந்தவொரு பொருளையும் விட சிறந்தது.இது மிகவும் வெளிப்படையானது.செங்குத்து நிகழ்வின் ஒரு சிறிய பகுதி (2.3%) மட்டுமே கிராபெனின் மூலம் உறிஞ்சப்படும், மேலும் பெரும்பாலான ஒளி கடந்து செல்லும்.இது மிகவும் அடர்த்தியானது, ஹீலியம் அணுக்கள் (மிகச் சிறிய வாயு மூலக்கூறுகள்) கூட கடந்து செல்ல முடியாது.இந்த மாயாஜால பண்புகள் நேரடியாக கிராஃபைட்டிலிருந்து பெறப்படவில்லை, ஆனால் குவாண்டம் இயக்கவியலில் இருந்து பெறப்பட்டது.அதன் தனித்துவமான மின் மற்றும் ஒளியியல் பண்புகள் இது பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதை தீர்மானிக்கிறது.

கிராஃபீன் தோன்றி பத்து வருடங்களுக்கும் குறைவாக இருந்தாலும், அது பல தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளைக் காட்டியுள்ளது, இது இயற்பியல் மற்றும் பொருள் அறிவியல் துறைகளில் மிகவும் அரிதானது.பொதுப் பொருட்கள் ஆய்வகத்திலிருந்து நிஜ வாழ்க்கைக்கு மாற பத்து வருடங்கள் அல்லது பத்தாண்டுகளுக்கு மேல் ஆகும்.கிராபெனின் பயன் என்ன?இரண்டு உதாரணங்களைப் பார்ப்போம்.

மென்மையான வெளிப்படையான மின்முனை
பல மின் சாதனங்களில், வெளிப்படையான கடத்தும் பொருட்கள் மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.எலக்ட்ரானிக் கடிகாரங்கள், கால்குலேட்டர்கள், தொலைக்காட்சிகள், திரவ படிக காட்சிகள், தொடுதிரைகள், சோலார் பேனல்கள் மற்றும் பல சாதனங்கள் வெளிப்படையான மின்முனைகள் இருப்பதை விட்டுவிட முடியாது.பாரம்பரிய வெளிப்படையான மின்முனையானது இண்டியம் டின் ஆக்சைடை (ITO) பயன்படுத்துகிறது.இண்டியம் அதிக விலை மற்றும் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட வழங்கல் காரணமாக, பொருள் உடையக்கூடியது மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை இல்லாதது, மேலும் மின்முனையானது வெற்றிடத்தின் நடுத்தர அடுக்கில் வைக்கப்பட வேண்டும், மேலும் செலவு ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது.நீண்ட காலமாக, விஞ்ஞானிகள் அதன் மாற்றீட்டைக் கண்டுபிடிக்க முயற்சித்து வருகின்றனர்.வெளிப்படைத்தன்மை, நல்ல கடத்துத்திறன் மற்றும் எளிதான தயாரிப்பு ஆகியவற்றின் தேவைகளுக்கு மேலதிகமாக, பொருளின் நெகிழ்வுத்தன்மை நன்றாக இருந்தால், அது "மின்னணு காகிதம்" அல்லது மற்ற மடிக்கக்கூடிய காட்சி சாதனங்களை தயாரிப்பதற்கு ஏற்றதாக இருக்கும்.எனவே, நெகிழ்வுத்தன்மையும் மிக முக்கியமான அம்சமாகும்.கிராபென் அத்தகைய ஒரு பொருள், இது வெளிப்படையான மின்முனைகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.

சாம்சங் மற்றும் தென் கொரியாவில் உள்ள செங்ஜுங்குவான் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் 30 அங்குல நீளமுள்ள கிராபெனை இரசாயன நீராவி படிவு மூலம் பெற்று அதை 188 மைக்ரான் தடிமனான பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட் (PET) படத்திற்கு மாற்றி கிராபெனின் அடிப்படையிலான தொடுதிரையை உருவாக்கினர் [4].கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, செப்புத் தாளில் வளர்க்கப்பட்ட கிராபெனை முதலில் தெர்மல் ஸ்டிரிப்பிங் டேப்புடன் (நீல வெளிப்படையான பகுதி) பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, பின்னர் செப்புப் படலம் இரசாயன முறையால் கரைக்கப்படுகிறது, இறுதியாக கிராபெனை சூடாக்குவதன் மூலம் PET படத்திற்கு மாற்றப்படுகிறது. .

புதிய ஒளிமின் தூண்டல் உபகரணங்கள்
கிராபீன் மிகவும் தனித்துவமான ஒளியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது.அணுக்களில் ஒரே ஒரு அடுக்கு மட்டுமே இருந்தாலும், அது புலப்படும் ஒளியிலிருந்து அகச்சிவப்பு வரையிலான அலைநீள வரம்பில் 2.3% உமிழப்படும் ஒளியை உறிஞ்சிவிடும்.இந்த எண்ணுக்கு கிராபெனின் மற்ற பொருள் அளவுருக்களுடன் எந்த தொடர்பும் இல்லை மற்றும் குவாண்டம் எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் [6] மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.உறிஞ்சப்பட்ட ஒளி கேரியர்களின் (எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்) தலைமுறைக்கு வழிவகுக்கும்.கிராபெனில் உள்ள கேரியர்களின் தலைமுறை மற்றும் போக்குவரத்து பாரம்பரிய குறைக்கடத்திகளில் இருந்து மிகவும் வேறுபட்டது.இது அல்ட்ராஃபாஸ்ட் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளுக்கு கிராபெனை மிகவும் பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது.அத்தகைய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்கள் 500ghz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடும் என்று மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது.இது சிக்னல் பரிமாற்றத்திற்குப் பயன்படுத்தப்பட்டால், அது வினாடிக்கு 500 பில்லியன் பூஜ்ஜியங்கள் அல்லது ஒன்றை அனுப்பும், மேலும் இரண்டு ப்ளூ ரே டிஸ்க்குகளின் உள்ளடக்கங்களை ஒரு நொடியில் அனுப்ப முடியும்.

ஐக்கிய மாகாணங்களில் உள்ள IBM தாமஸ் ஜே. வாட்சன் ஆராய்ச்சி மையத்தின் வல்லுநர்கள் 10GHz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடிய ஒளிமின் தூண்டல் சாதனங்களைத் தயாரிக்க கிராபெனைப் பயன்படுத்தியுள்ளனர் [8].முதலாவதாக, "டேப் கிழிக்கும் முறை" மூலம் 300 nm தடிமனான சிலிக்காவால் மூடப்பட்ட சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் கிராபெனின் செதில்கள் தயாரிக்கப்பட்டன, பின்னர் பல்லேடியம் தங்கம் அல்லது டைட்டானியம் தங்க மின்முனைகள் 1 மைக்ரான் இடைவெளி மற்றும் 250 nm அகலம் கொண்டவை.இந்த வழியில், ஒரு கிராபெனின் அடிப்படையிலான ஒளிமின் தூண்டல் சாதனம் பெறப்படுகிறது.

கிராபெனின் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளின் திட்ட வரைபடம் மற்றும் உண்மையான மாதிரிகளின் ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) புகைப்படங்கள்.படத்தில் உள்ள கருப்பு குறுகிய கோடு 5 மைக்ரான்களுக்கு ஒத்திருக்கிறது, மேலும் உலோகக் கோடுகளுக்கு இடையே உள்ள தூரம் ஒரு மைக்ரான் ஆகும்.

சோதனைகள் மூலம், இந்த உலோக கிராபெனின் உலோக அமைப்பு ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனம் அதிகபட்சமாக 16 கிகாஹெர்ட்ஸ் வேலை அதிர்வெண்ணை எட்டும் என்றும், 300 என்எம் (புற ஊதாக்கு அருகில்) முதல் 6 மைக்ரான் (அகச்சிவப்பு) வரையிலான அலைநீள வரம்பில் அதிக வேகத்தில் வேலை செய்ய முடியும் என்றும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர். பாரம்பரிய ஒளிமின் தூண்டல் குழாய் நீண்ட அலைநீளத்துடன் அகச்சிவப்பு ஒளிக்கு பதிலளிக்க முடியாது.கிராபெனின் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்களின் வேலை அதிர்வெண் இன்னும் முன்னேற்றத்திற்கான சிறந்த இடத்தைக் கொண்டுள்ளது.அதன் சிறந்த செயல்திறன், தகவல்தொடர்பு, ரிமோட் கண்ட்ரோல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு உள்ளிட்ட பல்வேறு பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு புதிய பொருளாக, கிராபெனின் பயன்பாடு குறித்த ஆராய்ச்சி ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வெளிவருகிறது.அவற்றை இங்கு பட்டியலிடுவது கடினம்.எதிர்காலத்தில், கிராபெனால் செய்யப்பட்ட ஃபீல்டு எஃபெக்ட் ட்யூப்கள், கிராபெனால் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறு சுவிட்சுகள் மற்றும் கிராபெனால் செய்யப்பட்ட மாலிகுலர் டிடெக்டர்கள் அன்றாட வாழ்வில் இருக்கலாம்... ஆய்வகத்திலிருந்து படிப்படியாக வெளிவரும் கிராபெனின் அன்றாட வாழ்வில் பிரகாசிக்கும்.

கிராபெனைப் பயன்படுத்தி அதிக எண்ணிக்கையிலான மின்னணு தயாரிப்புகள் எதிர்காலத்தில் தோன்றும் என்று எதிர்பார்க்கலாம்.நமது ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் நெட்புக்குகளை சுருட்டி, காதுகளில் இறுக, பாக்கெட்டுகளில் திணிக்க, அல்லது பயன்பாட்டில் இல்லாத போது மணிக்கட்டில் சுற்றினால் எவ்வளவு சுவாரஸ்யமாக இருக்கும் என்று யோசித்துப் பாருங்கள்!