গ্রাফিনের ব্যবহার কী? দুটি প্রয়োগের উদাহরণ আপনাকে গ্রাফিনের প্রয়োগের সম্ভাবনা বুঝতে সাহায্য করবে।

২০১০ সালে, গেইম এবং নোভোসেলভ গ্রাফিনের উপর তাদের কাজের জন্য পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরষ্কার জিতেছিলেন। এই পুরষ্কার অনেক মানুষের উপর গভীর ছাপ ফেলেছে। সর্বোপরি, প্রতিটি নোবেল পুরষ্কার পরীক্ষামূলক সরঞ্জাম আঠালো টেপের মতো সাধারণ নয় এবং প্রতিটি গবেষণামূলক বস্তু "দ্বি-মাত্রিক স্ফটিক" গ্রাফিনের মতো জাদুকরী এবং সহজে বোধগম্য নয়। ২০০৪ সালের কাজটি ২০১০ সালে পুরষ্কার দেওয়া যেতে পারে, যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নোবেল পুরষ্কারের রেকর্ডে বিরল।

গ্রাফিন হল এক ধরণের পদার্থ যা কার্বন পরমাণুর একটি একক স্তর নিয়ে গঠিত যা দ্বি-মাত্রিক মধুচক্র ষড়ভুজাকার জালিতে ঘনিষ্ঠভাবে সাজানো। হীরা, গ্রাফাইট, ফুলেরিন, কার্বন ন্যানোটিউব এবং নিরাকার কার্বনের মতো, এটি কার্বন উপাদান দ্বারা গঠিত একটি পদার্থ (সরল পদার্থ)। নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে, ফুলেরিন এবং কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে গ্রাফিনের একটি একক স্তর থেকে কোনওভাবে গুটিয়ে রাখা দেখা যায়, যা গ্রাফিনের অনেক স্তর দ্বারা স্তূপীকৃত। বিভিন্ন কার্বন সরল পদার্থের (গ্রাফাইট, কার্বন ন্যানোটিউব এবং গ্রাফিন) বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করার জন্য গ্রাফিন ব্যবহারের উপর তাত্ত্বিক গবেষণা প্রায় 60 বছর ধরে চলে আসছে, তবে সাধারণত এটি বিশ্বাস করা হয় যে এই ধরনের দ্বি-মাত্রিক পদার্থগুলি একা স্থিরভাবে বিদ্যমান থাকা কঠিন, কেবল ত্রিমাত্রিক স্তর পৃষ্ঠের সাথে বা গ্রাফাইটের মতো পদার্থের ভিতরে সংযুক্ত থাকে। 2004 সালের আগে আন্দ্রে গেইম এবং তার ছাত্র কনস্টান্টিন নোভোসেলভ পরীক্ষার মাধ্যমে গ্রাফাইট থেকে গ্রাফিনের একটি একক স্তর ছিনিয়ে নিয়েছিলেন যে গ্রাফিনের উপর গবেষণা নতুন বিকাশ অর্জন করেছিল।

ফুলেরিন (বামে) এবং কার্বন ন্যানোটিউব (মাঝখানে) উভয়কেই কোনওভাবে গ্রাফিনের একটি স্তর দ্বারা গুটিয়ে রাখা হয়েছে বলে মনে করা যেতে পারে, যেখানে গ্রাফাইট (ডানে) ভ্যান ডের ওয়েলস বলের সংযোগের মাধ্যমে গ্রাফিনের একাধিক স্তর দ্বারা স্তূপীকৃত।

আজকাল, গ্রাফিন বিভিন্ন উপায়ে পাওয়া যায়, এবং বিভিন্ন পদ্ধতির নিজস্ব সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে। গেইম এবং নোভোসেলভ একটি সহজ উপায়ে গ্রাফিন অর্জন করেছিলেন। সুপারমার্কেটে পাওয়া স্বচ্ছ টেপ ব্যবহার করে, তারা উচ্চ-মানের পাইরোলাইটিক গ্রাফাইটের একটি টুকরো থেকে গ্রাফিন, কার্বন পরমাণুর মাত্র এক স্তর পুরু একটি গ্রাফাইট শীট, খুলে ফেলেন। এটি সুবিধাজনক, তবে নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা খুব ভালো নয়, এবং 100 মাইক্রনের কম (এক মিলিমিটারের দশমাংশ) আকারের গ্রাফিন কেবল পাওয়া যেতে পারে, যা পরীক্ষার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, তবে ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য ব্যবহার করা কঠিন। রাসায়নিক বাষ্প জমার মাধ্যমে ধাতব পৃষ্ঠে দশ সেন্টিমিটার আকারের গ্রাফিন নমুনা তৈরি করা যেতে পারে। যদিও সামঞ্জস্যপূর্ণ অভিযোজন সহ ক্ষেত্রটি মাত্র 100 মাইক্রন [3,4], এটি কিছু অ্যাপ্লিকেশনের উৎপাদন প্রয়োজনের জন্য উপযুক্ত হয়েছে। আরেকটি সাধারণ পদ্ধতি হল ভ্যাকুয়ামে সিলিকন কার্বাইড (SIC) স্ফটিককে 1100 ℃ এর বেশি গরম করা, যাতে পৃষ্ঠের কাছাকাছি সিলিকন পরমাণুগুলি বাষ্পীভূত হয় এবং অবশিষ্ট কার্বন পরমাণুগুলি পুনর্বিন্যাস করা হয়, যা ভাল বৈশিষ্ট্যযুক্ত গ্রাফিন নমুনাও পেতে পারে।

গ্রাফিন একটি নতুন উপাদান যার অনন্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে: এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা তামার মতোই চমৎকার এবং এর তাপীয় পরিবাহিতা যেকোনো পরিচিত উপাদানের চেয়ে ভালো। এটি খুবই স্বচ্ছ। উল্লম্ব আপতিত দৃশ্যমান আলোর মাত্র একটি ছোট অংশ (২.৩%) গ্রাফিন দ্বারা শোষিত হবে এবং বেশিরভাগ আলো এর মধ্য দিয়ে যাবে। এটি এত ঘন যে হিলিয়াম পরমাণু (সবচেয়ে ছোট গ্যাস অণু)ও এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে না। এই জাদুকরী বৈশিষ্ট্যগুলি সরাসরি গ্রাফাইট থেকে নয়, বরং কোয়ান্টাম মেকানিক্স থেকে উত্তরাধিকারসূত্রে পাওয়া যায়। এর অনন্য বৈদ্যুতিক এবং আলোকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে যে এর বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।

যদিও গ্রাফিন মাত্র দশ বছরেরও কম সময় ধরে আবির্ভূত হয়েছে, তবুও এটি অনেক প্রযুক্তিগত প্রয়োগ দেখিয়েছে, যা পদার্থবিদ্যা এবং পদার্থবিজ্ঞানের ক্ষেত্রে খুবই বিরল। সাধারণ উপকরণগুলি পরীক্ষাগার থেকে বাস্তব জীবনে স্থানান্তরিত হতে দশ বছরেরও বেশি বা এমনকি কয়েক দশকেরও বেশি সময় লাগে। গ্রাফিনের ব্যবহার কী? আসুন দুটি উদাহরণ দেখি।

নরম স্বচ্ছ ইলেকট্রোড
অনেক বৈদ্যুতিক যন্ত্রপাতিতে স্বচ্ছ পরিবাহী উপকরণ ইলেকট্রোড হিসেবে ব্যবহার করতে হয়। ইলেকট্রনিক ঘড়ি, ক্যালকুলেটর, টেলিভিশন, লিকুইড ক্রিস্টাল ডিসপ্লে, টাচ স্ক্রিন, সোলার প্যানেল এবং অন্যান্য অনেক ডিভাইস স্বচ্ছ ইলেকট্রোডের অস্তিত্ব ত্যাগ করতে পারে না। ঐতিহ্যবাহী স্বচ্ছ ইলেকট্রোডে ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (ITO) ব্যবহার করা হয়। উচ্চ মূল্য এবং সীমিত সরবরাহের কারণে, উপাদানটি ভঙ্গুর এবং নমনীয়তার অভাব রয়েছে, এবং ইলেকট্রোডটিকে ভ্যাকুয়ামের মাঝখানের স্তরে জমা করতে হয় এবং খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি। দীর্ঘদিন ধরে, বিজ্ঞানীরা এর বিকল্প খুঁজে বের করার চেষ্টা করছেন। স্বচ্ছতা, ভাল পরিবাহিতা এবং সহজ প্রস্তুতির প্রয়োজনীয়তা ছাড়াও, যদি উপাদানটির নমনীয়তা ভালো হয়, তবে এটি "ইলেকট্রনিক কাগজ" বা অন্যান্য ভাঁজযোগ্য প্রদর্শন ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত হবে। অতএব, নমনীয়তাও একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ দিক। গ্রাফিন এমন একটি উপাদান, যা স্বচ্ছ ইলেকট্রোডের জন্য খুবই উপযুক্ত।

দক্ষিণ কোরিয়ার স্যামসাং এবং চেংজুনগুয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা রাসায়নিক বাষ্প জমার মাধ্যমে ৩০ ইঞ্চি তির্যক দৈর্ঘ্যের গ্রাফিন সংগ্রহ করেছেন এবং গ্রাফিন ভিত্তিক টাচ স্ক্রিন তৈরির জন্য এটিকে ১৮৮ মাইক্রন পুরু পলিথিলিন টেরেফথালেট (PET) ফিল্মে স্থানান্তরিত করেছেন [4]। নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে, তামার ফয়েলে জন্মানো গ্রাফিন প্রথমে থার্মাল স্ট্রিপিং টেপের (নীল স্বচ্ছ অংশ) সাথে আবদ্ধ করা হয়, তারপর রাসায়নিক পদ্ধতিতে তামার ফয়েল দ্রবীভূত করা হয় এবং অবশেষে গ্রাফিনকে উত্তপ্ত করে PET ফিল্মে স্থানান্তরিত করা হয়।

নতুন আলোক-ইলেকট্রিক আবেশন সরঞ্জাম
গ্রাফিনের অত্যন্ত অনন্য আলোকীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে। যদিও পরমাণুর একটি মাত্র স্তর থাকে, এটি দৃশ্যমান আলো থেকে ইনফ্রারেড পর্যন্ত সমগ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে নির্গত আলোর 2.3% শোষণ করতে পারে। এই সংখ্যাটির গ্রাফিনের অন্যান্য উপাদান পরামিতিগুলির সাথে কোনও সম্পর্ক নেই এবং এটি কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডায়নামিক্স দ্বারা নির্ধারিত হয় [6]। শোষিত আলো বাহক (ইলেকট্রন এবং গর্ত) তৈরি করবে। গ্রাফিনে বাহকগুলির উৎপাদন এবং পরিবহন ঐতিহ্যবাহী সেমিকন্ডাক্টরের তুলনায় অনেক আলাদা। এটি গ্রাফিনকে অতি দ্রুত আলোক বৈদ্যুতিক আনয়ন সরঞ্জামের জন্য খুব উপযুক্ত করে তোলে। অনুমান করা হয় যে এই ধরনের আলোক বৈদ্যুতিক আনয়ন সরঞ্জাম 500GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে। যদি এটি সংকেত প্রেরণের জন্য ব্যবহার করা হয়, তবে এটি প্রতি সেকেন্ডে 500 বিলিয়ন শূন্য বা এক প্রেরণ করতে পারে এবং এক সেকেন্ডে দুটি ব্লু রে ডিস্কের বিষয়বস্তুর সংক্রমণ সম্পূর্ণ করতে পারে।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের IBM থমাস জে. ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টারের বিশেষজ্ঞরা গ্রাফিন ব্যবহার করে ১০ গিগাহার্জ ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে এমন আলোক-ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইস তৈরি করেছেন [8]। প্রথমে, "টেপ টিয়ারিং পদ্ধতি" ব্যবহার করে ৩০০ ন্যানোমিটার পুরু সিলিকা দিয়ে আবৃত একটি সিলিকন সাবস্ট্রেটের উপর গ্রাফিন ফ্লেক্স তৈরি করা হয়েছিল, এবং তারপরে ১ মাইক্রন ব্যবধান এবং ২৫০ ন্যানোমিটার প্রস্থের প্যালাডিয়াম সোনা বা টাইটানিয়াম সোনার ইলেকট্রোড তৈরি করা হয়েছিল। এইভাবে, একটি গ্রাফিন-ভিত্তিক আলোক-ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইস পাওয়া যায়।

গ্রাফিন ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জাম এবং স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (SEM) এর প্রকৃত নমুনার ছবির স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম। চিত্রে কালো ছোট রেখাটি 5 মাইক্রনের সাথে মিলে যায় এবং ধাতব রেখার মধ্যে দূরত্ব এক মাইক্রন।

পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে, গবেষকরা দেখেছেন যে এই ধাতব গ্রাফিন ধাতব কাঠামোর আলোক-ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইসটি সর্বাধিক ১৬ গিগাহার্জের কার্যক্ষম ফ্রিকোয়েন্সিতে পৌঁছাতে পারে এবং ৩০০ এনএম (আল্ট্রাভায়োলেটের কাছাকাছি) থেকে ৬ মাইক্রন (ইনফ্রারেড) তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে উচ্চ গতিতে কাজ করতে পারে, যেখানে ঐতিহ্যবাহী আলোক-ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন টিউব দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে ইনফ্রারেড আলোর প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে না। গ্রাফিন আলোক-ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জামের কার্যক্ষম ফ্রিকোয়েন্সি এখনও উন্নতির জন্য প্রচুর জায়গা রাখে। এর উচ্চতর কর্মক্ষমতা এটিকে যোগাযোগ, রিমোট কন্ট্রোল এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ সহ বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা প্রদান করে।

অনন্য বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন একটি নতুন উপাদান হিসেবে, গ্রাফিনের প্রয়োগের উপর গবেষণা একের পর এক আবির্ভূত হচ্ছে। এখানে তাদের তালিকা করা আমাদের পক্ষে কঠিন। ভবিষ্যতে, দৈনন্দিন জীবনে গ্রাফিন দিয়ে তৈরি ফিল্ড এফেক্ট টিউব, গ্রাফিন দিয়ে তৈরি আণবিক সুইচ এবং গ্রাফিন দিয়ে তৈরি আণবিক ডিটেক্টর থাকতে পারে... ল্যাবরেটরি থেকে ধীরে ধীরে বেরিয়ে আসা গ্রাফিন দৈনন্দিন জীবনে উজ্জ্বল হবে।

আমরা আশা করতে পারি যে অদূর ভবিষ্যতে গ্রাফিন ব্যবহার করে প্রচুর পরিমাণে ইলেকট্রনিক পণ্য তৈরি হবে। ভাবুন তো, আমাদের স্মার্টফোন এবং নেটবুকগুলি যদি গুটিয়ে রাখা যেত, কানে আটকে রাখা যেত, পকেটে ভরে রাখা যেত, অথবা ব্যবহার না করার সময় কব্জির চারপাশে জড়িয়ে রাখা যেত, তাহলে কতটা আকর্ষণীয় হত!