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

2010 ஆம் ஆண்டில், கீம் மற்றும் நோவோசெலோவ் ஆகியோர் கிராபெனின் பணிக்காக இயற்பியலில் நோபல் பரிசை வென்றனர். இந்த விருது பலருக்கு ஆழ்ந்த தோற்றத்தை ஏற்படுத்தியுள்ளது. எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, ஒவ்வொரு நோபல் பரிசு சோதனை கருவியும் பிசின் டேப்பைப் போல பொதுவானது அல்ல, ஒவ்வொரு ஆராய்ச்சி பொருளும் மந்திரமானது மற்றும் “இரு பரிமாண படிக” கிராபெனைப் போல புரிந்து கொள்ள எளிதானது அல்ல. 2004 ஆம் ஆண்டில் இந்த படைப்புகள் 2010 இல் வழங்கப்படலாம், இது சமீபத்திய ஆண்டுகளில் நோபல் பரிசு பதிவில் அரிதானது.

கிராபெனின் என்பது ஒரு வகையான பொருள், இது கார்பன் அணுக்களின் ஒற்றை அடுக்கைக் கொண்டுள்ளது, இது இரு பரிமாண தேன்கூடு அறுகோண லட்டாக நெருக்கமாக அமைக்கப்பட்டுள்ளது. வைர, கிராஃபைட், ஃபுல்லெரின், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் உருவமற்ற கார்பன் போன்றவை, இது கார்பன் கூறுகளால் ஆன ஒரு பொருள் (எளிய பொருள்) ஆகும். கீழேயுள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஃபுல்லெரின்கள் மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்கள் கிராபெனின் ஒற்றை அடுக்கிலிருந்து ஏதோ ஒரு வகையில் உருட்டப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம், இது கிராபெனின் பல அடுக்குகளால் அடுக்கி வைக்கப்பட்டுள்ளது. பல்வேறு கார்பன் எளிய பொருட்களின் (கிராஃபைட், கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் கிராபெனின்) பண்புகளை விவரிக்க கிராபெனின் பயன்பாடு குறித்த தத்துவார்த்த ஆராய்ச்சி கிட்டத்தட்ட 60 ஆண்டுகளாக நீடித்தது, ஆனால் இதுபோன்ற இரு பரிமாணப் பொருட்கள் தனியாக 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 கிராஃபைட்டிலிருந்து கிராபெனின் ஒரு அடுக்கை கிராபெனின் ஆராய்ச்சி புதிய வளர்ச்சியை அடைந்த சோதனைகள் மூலம் அகற்றினர்.

ஃபுல்லெரின் (இடது) மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய் (நடுத்தர) இரண்டும் ஏதோ ஒரு வகையில் கிராபெனின் ஒற்றை அடுக்கால் உருட்டப்படுவதாகக் கருதலாம், அதே நேரத்தில் கிராஃபைட் (வலது) வான் டெர் வால்ஸ் சக்தியின் இணைப்பு மூலம் கிராபெனின் பல அடுக்குகளால் அடுக்கி வைக்கப்படுகிறது.

இப்போதெல்லாம், கிராபெனின் பல வழிகளில் பெறப்படலாம், மேலும் வெவ்வேறு முறைகள் அவற்றின் சொந்த நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளைக் கொண்டுள்ளன. கீம் மற்றும் நோவோசெலோவ் கிராபெனின் எளிய வழியில் பெற்றனர். சூப்பர் மார்க்கெட்டுகளில் கிடைக்கும் வெளிப்படையான டேப்பைப் பயன்படுத்தி, அவை கிராபெனின், கார்பன் அணுக்களின் ஒரு அடுக்கு மட்டுமே தடிமன் கொண்ட கிராஃபைட் தாள், உயர்-வரிசை பைரோலிடிக் கிராஃபைட்டின் ஒரு பகுதியிலிருந்து அகற்றப்பட்டன. இது வசதியானது, ஆனால் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய தன்மை அவ்வளவு சிறப்பாக இல்லை, மற்றும் 100 மைக்ரான்களுக்கும் குறைவான அளவு (ஒரு மில்லிமீட்டரின் பத்தில் இருந்து) மட்டுமே பெற முடியும், இது சோதனைகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம், ஆனால் நடைமுறைக்கு பயன்படுத்தப்படுவது கடினம் பயன்பாடுகள். வேதியியல் நீராவி படிவு உலோக மேற்பரப்பில் பல்லாயிரக்கணக்கான சென்டிமீட்டர் அளவைக் கொண்ட கிராபெனின் மாதிரிகளை வளர்க்கலாம். நிலையான நோக்குநிலை கொண்ட பகுதி 100 மைக்ரான் [3,4] மட்டுமே என்றாலும், இது சில பயன்பாடுகளின் உற்பத்தித் தேவைகளுக்கு ஏற்றது. மற்றொரு பொதுவான முறை என்னவென்றால், சிலிக்கான் கார்பைடு (sic) படிகத்தை வெற்றிடத்தில் 1100 க்கும் அதிகமாக சூடாக்குவது, இதனால் மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள சிலிக்கான் அணுக்கள் ஆவியாகி, மீதமுள்ள கார்பன் அணுக்கள் மறுசீரமைக்கப்படுகின்றன, இது நல்ல பண்புகளைக் கொண்ட கிராபெனின் மாதிரிகளையும் பெறலாம்.

கிராபெனின் 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 சம்பவத்தின் ஒரு சிறிய பகுதி (2.3%) மட்டுமே கிராபெனால் உறிஞ்சப்படும், மேலும் பெரும்பாலான ஒளிகள் கடந்து செல்லும். இது மிகவும் அடர்த்தியானது, ஹீலியம் அணுக்கள் கூட (மிகச்சிறிய வாயு மூலக்கூறுகள்) கடந்து செல்ல முடியாது. இந்த மந்திர பண்புகள் கிராஃபைட்டிலிருந்து நேரடியாக பெறப்படவில்லை, ஆனால் குவாண்டம் இயக்கவியலிலிருந்து பெறப்படுகின்றன. அதன் தனித்துவமான மின் மற்றும் ஒளியியல் பண்புகள் அதற்கு பரந்த பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்பதை தீர்மானிக்கின்றன.

கிராபெனின் பத்து வருடங்களுக்கும் குறைவாகவே தோன்றினாலும், இது பல தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளைக் காட்டியுள்ளது, இது இயற்பியல் மற்றும் பொருள் அறிவியல் துறைகளில் மிகவும் அரிதானது. பொதுப் பொருட்கள் ஆய்வகத்திலிருந்து நிஜ வாழ்க்கைக்கு செல்ல பத்து வருடங்கள் அல்லது பல தசாப்தங்களுக்கும் மேலாக ஆகும். கிராபெனின் பயன் என்ன? இரண்டு எடுத்துக்காட்டுகளைப் பார்ப்போம்.

மென்மையான வெளிப்படையான மின்முனை
பல மின் சாதனங்களில், வெளிப்படையான கடத்தும் பொருட்களை மின்முனைகளாகப் பயன்படுத்த வேண்டும். மின்னணு கடிகாரங்கள், கால்குலேட்டர்கள், தொலைக்காட்சிகள், திரவ படிக காட்சிகள், தொடுதிரைகள், சோலார் பேனல்கள் மற்றும் பல சாதனங்கள் வெளிப்படையான மின்முனைகளின் இருப்பை விட்டுவிட முடியாது. பாரம்பரிய வெளிப்படையான எலக்ட்ரோடு இண்டியம் டின் ஆக்சைடு (ஐ.டி.ஓ) ஐப் பயன்படுத்துகிறது. இண்டியத்தின் அதிக விலை மற்றும் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட வழங்கல் காரணமாக, பொருள் உடையக்கூடியது மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை இல்லாதது, மற்றும் எலக்ட்ரோடு வெற்றிடத்தின் நடுத்தர அடுக்கில் டெபாசிட் செய்யப்பட 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 பிற மடிக்கக்கூடிய காட்சி சாதனங்களை உருவாக்குவதற்கு ஏற்றதாக இருக்கும். எனவே, நெகிழ்வுத்தன்மையும் மிக முக்கியமான அம்சமாகும். கிராபெனின் அத்தகைய பொருள், இது வெளிப்படையான மின்முனைகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது.

தென் கொரியாவில் உள்ள சாம்சங் மற்றும் செங்ஜுங்குவான் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் ரசாயன நீராவி படிவு மூலம் 30 அங்குல மூலைவிட்ட நீளத்துடன் கிராபெனைப் பெற்று 188 மைக்ரான் தடிமனான பாலிஎதிலீன் டெரெப்தாலேட் (பி.இ.டி) படத்திற்கு மாற்றி கிராபெனின் அடிப்படையிலான தொடுதிரையை உருவாக்கினர் [4]. கீழேயுள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, செப்பு படலத்தில் வளர்க்கப்படும் கிராபெனின் முதலில் வெப்ப ஸ்ட்ரிப்பிங் டேப் (நீல வெளிப்படையான பகுதி) உடன் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது, பின்னர் செப்பு படலம் வேதியியல் முறையால் கரைக்கப்படுகிறது, இறுதியாக கிராபெனின் வெப்பமாக்குவதன் மூலம் செல்லப்பிராணி படத்திற்கு மாற்றப்படுகிறது .

புதிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்கள்
கிராபெனின் மிகவும் தனித்துவமான ஆப்டிகல் பண்புகள் உள்ளன. அணுக்களின் ஒரு அடுக்கு மட்டுமே இருந்தாலும், முழு அலைநீள வரம்பில் உமிழும் ஒளியின் 2.3% புலப்படும் ஒளி முதல் அகச்சிவப்பு வரை உறிஞ்ச முடியும். இந்த எண்ணுக்கு கிராபெனின் பிற பொருள் அளவுருக்களுடன் எந்த தொடர்பும் இல்லை மற்றும் குவாண்டம் எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் மூலம் தீர்மானிக்கப்படுகிறது [6]. உறிஞ்சப்பட்ட ஒளி கேரியர்களின் (எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் துளைகள்) தலைமுறைக்கு வழிவகுக்கும். கிராபெனில் கேரியர்களின் தலைமுறை மற்றும் போக்குவரத்து பாரம்பரிய குறைக்கடத்திகளில் இருந்து மிகவும் வேறுபட்டவை. இது அல்ட்ராஃபாஸ்ட் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளுக்கு கிராபெனை மிகவும் பொருத்தமானது. இத்தகைய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் உபகரணங்கள் 500GHz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடும் என்று மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இது சமிக்ஞை பரிமாற்றத்திற்கு பயன்படுத்தப்பட்டால், அது ஒரு வினாடிக்கு 500 பில்லியன் பூஜ்ஜியங்கள் அல்லது ஒன்றை கடத்தலாம், மேலும் இரண்டு ப்ளூ ரே டிஸ்க்குகளின் உள்ளடக்கங்களை ஒரு நொடியில் பரப்புவதை முடிக்க முடியும்.

யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸில் உள்ள ஐபிஎம் தாமஸ் ஜே. வாட்சன் ஆராய்ச்சி மையத்தின் வல்லுநர்கள் 10GHz அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்யக்கூடிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனங்களை தயாரிக்க கிராபெனைப் பயன்படுத்தினர் [8]. முதலாவதாக, 300 என்எம் தடிமனான சிலிக்காவால் மூடப்பட்ட சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் “டேப் கிழிக்கும் முறை” மூலம் கிராபெனின் செதில்கள் தயாரிக்கப்பட்டன, பின்னர் பல்லேடியம் தங்கம் அல்லது டைட்டானியம் தங்க மின்முனைகள் 1 மைக்ரான் இடைவெளியும் 250 என்எம் அகலமும் செய்யப்பட்டன. இந்த வழியில், கிராபெனின் அடிப்படையிலான ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனம் பெறப்படுகிறது.

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

சோதனைகள் மூலம், இந்த மெட்டல் கிராபெனின் உலோக கட்டமைப்பு ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் சாதனம் 16GHz இன் வேலை அதிர்வெண்ணை அதிகபட்சமாக அடைய முடியும், மேலும் அலைநீள வரம்பில் 300 nm (புற ஊதா அருகில்) முதல் 6 மைக்ரான் (அகச்சிவப்பு) வரை அதிக வேகத்தில் வேலை செய்ய முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர் பாரம்பரிய ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் குழாய் அகச்சிவப்பு ஒளிக்கு நீண்ட அலைநீளத்துடன் பதிலளிக்க முடியாது. கிராபெனின் ஒளிமின்னழுத்த தூண்டல் கருவிகளின் பணி அதிர்வெண் இன்னும் முன்னேற்றத்திற்கு சிறந்த இடத்தைக் கொண்டுள்ளது. அதன் சிறந்த செயல்திறன் தகவல் தொடர்பு, ரிமோட் கண்ட்ரோல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்பு உள்ளிட்ட பலவிதமான பயன்பாட்டு வாய்ப்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்ட ஒரு புதிய பொருளாக, கிராபெனின் பயன்பாடு குறித்த ஆராய்ச்சி ஒன்றன்பின் ஒன்றாக வெளிவருகிறது. அவற்றை இங்கே கணக்கிடுவது எங்களுக்கு கடினம். எதிர்காலத்தில், கிராபெனால் செய்யப்பட்ட புல விளைவு குழாய்கள் இருக்கலாம், கிராபெனால் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறு சுவிட்சுகள் மற்றும் அன்றாட வாழ்க்கையில் கிராபெனால் செய்யப்பட்ட மூலக்கூறு கண்டுபிடிப்பாளர்கள்… ஆய்வகத்திலிருந்து படிப்படியாக வெளிவரும் கிராபெனின் அன்றாட வாழ்க்கையில் பிரகாசிக்கும்.

கிராபெனைப் பயன்படுத்தி ஏராளமான மின்னணு தயாரிப்புகள் எதிர்காலத்தில் தோன்றும் என்று நாங்கள் எதிர்பார்க்கலாம். எங்கள் ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் நெட்புக்குகளை உருட்டவோ, காதுகளில் இறுக்கவோ, எங்கள் பைகளில் அடைக்கவோ அல்லது பயன்பாட்டில் இல்லாதபோது எங்கள் மணிக்கட்டுகளைச் சுற்றிக் கொள்ளவோ ​​முடியும் என்றால் அது எவ்வளவு சுவாரஸ்யமானது என்று சிந்தியுங்கள்!