গ্রাফিনের ব্যবহার কী? দুটি অ্যাপ্লিকেশন কেস আপনাকে গ্রাফিনের অ্যাপ্লিকেশন সম্ভাবনা বুঝতে দেয়

২০১০ সালে, গিম এবং নোভোসেলভ গ্রাফিনে তাদের কাজের জন্য পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরষ্কার জিতেছিলেন। এই পুরষ্কার অনেক লোকের উপর গভীর ছাপ ফেলেছে। সর্বোপরি, প্রতিটি নোবেল পুরষ্কার পরীক্ষামূলক সরঞ্জামটি আঠালো টেপের মতোই সাধারণ নয় এবং প্রতিটি গবেষণা অবজেক্টটি "দ্বি-মাত্রিক স্ফটিক" গ্রাফিনের মতো জাদুকরী এবং বোঝা সহজ নয়। ২০০৪ সালে কাজটি ২০১০ সালে পুরষ্কার দেওয়া যেতে পারে, যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নোবেল পুরষ্কারের রেকর্ডে বিরল।

গ্রাফিন হ'ল এক ধরণের পদার্থ যা একটি দ্বি-মাত্রিক মধুচক্র ষড়ভুজ জালিতে ঘনিষ্ঠভাবে সাজানো কার্বন পরমাণুর একক স্তর নিয়ে গঠিত। হীরা, গ্রাফাইট, ফুলেরেন, কার্বন ন্যানোটুবস এবং নিরাকার কার্বনের মতো এটি কার্বন উপাদানগুলির সমন্বয়ে গঠিত একটি পদার্থ (সাধারণ পদার্থ)। নীচের চিত্রটিতে যেমন দেখানো হয়েছে, ফুলেরেনস এবং কার্বন ন্যানোটুবগুলি গ্রাফিনের একক স্তর থেকে কোনও উপায়ে ঘূর্ণিত হিসাবে দেখা যেতে পারে, যা গ্রাফিনের অনেকগুলি স্তর দ্বারা সজ্জিত। বিভিন্ন কার্বন সিম্পল পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলি (গ্রাফাইট, কার্বন ন্যানোটুবস এবং গ্রাফিন) বর্ণনা করার জন্য গ্রাফিনের ব্যবহারের বিষয়ে তাত্ত্বিক গবেষণা প্রায় 60 বছর ধরে স্থায়ী হয়েছে, তবে এটি সাধারণত বিশ্বাস করা হয় যে এই জাতীয় দ্বি-মাত্রিক উপকরণগুলি একা স্থিরভাবে অস্তিত্ব রাখা কঠিন, কেবল ত্রি-মাত্রিক স্তর পৃষ্ঠের সাথে বা গ্রাফাইটের মতো অভ্যন্তরের পদার্থের সাথে সংযুক্ত। ২০০৪ সাল পর্যন্ত আন্ড্রে গিম এবং তাঁর ছাত্র কনস্ট্যান্টিন নোভোসেলভ গ্রাফিন থেকে গ্রাফিনের একটি একক স্তরকে গ্রাফিনের উপর গবেষণাটি নতুন বিকাশ অর্জন করেছিল এমন পরীক্ষাগুলির মাধ্যমে গ্রাফিন থেকে একটি স্তর ছিনিয়ে নিয়েছিল।

ফুলেরিন (বাম) এবং কার্বন ন্যানোট ्यूब (মধ্য) উভয়ই গ্রাফিনের একক স্তর দ্বারা ঘূর্ণিত হিসাবে বিবেচিত হতে পারে, যখন গ্রাফাইট (ডান) ভ্যান ডার ওয়েলস ফোর্সের সংযোগের মাধ্যমে গ্রাফিনের একাধিক স্তর দ্বারা সজ্জিত থাকে।

আজকাল, গ্রাফিন বিভিন্ন উপায়ে প্রাপ্ত হতে পারে এবং বিভিন্ন পদ্ধতির নিজস্ব সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে। গিম এবং নোভোসেলভ একটি সহজ উপায়ে গ্রাফিন পেয়েছিলেন। সুপারমার্কেটগুলিতে উপলভ্য স্বচ্ছ টেপ ব্যবহার করে, তারা উচ্চ-অর্ডার পাইরোলাইটিক গ্রাফাইটের টুকরো থেকে কার্বন পরমাণুগুলির একটি মাত্র স্তর সহ একটি গ্রাফাইট শীটকে ছিনিয়ে নিয়েছিল। এটি সুবিধাজনক, তবে নিয়ন্ত্রণযোগ্যতাটি এত ভাল নয় এবং 100 মাইক্রনেরও কম আকারের গ্রাফিন (এক মিলিমিটারের এক দশমাংশ) কেবল পাওয়া যায়, যা পরীক্ষার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে তবে ব্যবহারিক জন্য এটি ব্যবহার করা কঠিন অ্যাপ্লিকেশন। রাসায়নিক বাষ্প জমার ধাতব পৃষ্ঠের দশম সেন্টিমিটারের আকারের সাথে গ্রাফিনের নমুনাগুলি বৃদ্ধি করতে পারে। যদিও ধারাবাহিক ওরিয়েন্টেশন সহ অঞ্চলটি কেবল 100 মাইক্রন [3,4], এটি কিছু অ্যাপ্লিকেশনগুলির উত্পাদন প্রয়োজনের জন্য উপযুক্ত। আরেকটি সাধারণ পদ্ধতি হ'ল সিলিকন কার্বাইড (এসআইসি) স্ফটিকটি 1100 ℃ এরও বেশি ভ্যাকুয়ামে গরম করা, যাতে পৃষ্ঠের নিকটবর্তী সিলিকন পরমাণুগুলি বাষ্পীভবন হয় এবং অবশিষ্ট কার্বন পরমাণুগুলি পুনরায় সাজানো হয়, যা ভাল বৈশিষ্ট্য সহ গ্রাফিনের নমুনাগুলিও পেতে পারে।

গ্রাফিন অনন্য বৈশিষ্ট্যযুক্ত একটি নতুন উপাদান: এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা তামাটির মতো দুর্দান্ত এবং এর তাপীয় পরিবাহিতা যে কোনও পরিচিত উপাদানের চেয়ে ভাল। এটা খুব স্বচ্ছ। উল্লম্ব ঘটনার দৃশ্যমান আলোগুলির কেবলমাত্র একটি ছোট অংশ (২.৩%) গ্রাফিন দ্বারা শোষিত হবে এবং বেশিরভাগ আলো মধ্য দিয়ে যাবে। এটি এত ঘন যে এমনকি হিলিয়াম পরমাণুও (ক্ষুদ্রতম গ্যাসের অণু) এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে না। এই যাদুকরী বৈশিষ্ট্যগুলি সরাসরি গ্রাফাইট থেকে উত্তরাধিকার সূত্রে প্রাপ্ত নয়, কোয়ান্টাম মেকানিক্স থেকে। এর অনন্য বৈদ্যুতিক এবং অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে যে এটির বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।

যদিও গ্রাফিন কেবল দশ বছরেরও কম সময়ের জন্য উপস্থিত হয়েছে, এটি অনেকগুলি প্রযুক্তিগত অ্যাপ্লিকেশন দেখিয়েছে, যা পদার্থবিজ্ঞান এবং উপাদান বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে খুব বিরল। পরীক্ষাগার থেকে বাস্তব জীবনে যেতে সাধারণ উপকরণগুলির জন্য এটি দশ বছরেরও বেশি সময় বা এমনকি কয়েক দশক সময় নেয়। গ্রাফিনের ব্যবহার কী? আসুন দুটি উদাহরণ দেখুন।

নরম স্বচ্ছ বৈদ্যুতিন
অনেক বৈদ্যুতিক সরঞ্জামগুলিতে, স্বচ্ছ পরিবাহী উপকরণগুলি ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহার করা প্রয়োজন। বৈদ্যুতিন ঘড়ি, ক্যালকুলেটর, টেলিভিশন, তরল স্ফটিক প্রদর্শন, স্পর্শ স্ক্রিন, সৌর প্যানেল এবং অন্যান্য অনেক ডিভাইস স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোডের অস্তিত্ব ছেড়ে দিতে পারে না। Traditional তিহ্যবাহী স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোড ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (আইটিও) ব্যবহার করে। উচ্চ মূল্য এবং ইন্ডিয়ামের সীমিত সরবরাহের কারণে, উপাদানটি ভঙ্গুর এবং নমনীয়তার অভাব এবং বৈদ্যুতিনটি ভ্যাকুয়ামের মাঝের স্তরে জমা করা দরকার এবং ব্যয় তুলনামূলকভাবে বেশি। দীর্ঘদিন ধরে, বিজ্ঞানীরা এর বিকল্পটি সন্ধান করার চেষ্টা করছেন। স্বচ্ছতা, ভাল পরিবাহিতা এবং সহজ প্রস্তুতির প্রয়োজনীয়তা ছাড়াও, যদি উপাদানের নমনীয়তা নিজেই ভাল হয় তবে এটি "বৈদ্যুতিন কাগজ" বা অন্যান্য ভাঁজযোগ্য প্রদর্শন ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত হবে। অতএব, নমনীয়তাও একটি খুব গুরুত্বপূর্ণ দিক। গ্রাফিন এমন একটি উপাদান, যা স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোডগুলির জন্য খুব উপযুক্ত।

দক্ষিণ কোরিয়ার স্যামসুং এবং চেংজুঙ্গুয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা রাসায়নিক বাষ্প ডিপোজিশন দ্বারা 30 ইঞ্চি দৈর্ঘ্যের একটি তির্যক দৈর্ঘ্যের সাথে গ্রাফিন পেয়েছিলেন এবং এটি একটি গ্রাফিন ভিত্তিক টাচ স্ক্রিন তৈরি করতে 188 মাইক্রন পুরু পলিথিন টেরিফথালেট (পিইটি) ফিল্মে স্থানান্তরিত করেছেন [4]। নীচের চিত্রটিতে দেখানো হয়েছে, তামা ফয়েলটিতে উত্থিত গ্রাফিনটি প্রথমে তাপ স্ট্রিপিং টেপ (নীল স্বচ্ছ অংশ) এর সাথে বন্ধনযুক্ত, তারপরে তামা ফয়েলটি রাসায়নিক পদ্ধতি দ্বারা দ্রবীভূত করা হয় এবং অবশেষে গ্রাফিনটি গরম করে পিইটি ফিল্মে স্থানান্তরিত হয় ।

নতুন ফটোয়েলেকট্রিক আনয়ন সরঞ্জাম
গ্রাফিনের খুব অনন্য অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে। যদিও পরমাণুর একটি মাত্র স্তর রয়েছে, এটি পুরো তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা দৃশ্যমান আলো থেকে ইনফ্রারেড পর্যন্ত নির্গত আলোর 2.3% শোষণ করতে পারে। এই সংখ্যার গ্রাফিনের অন্যান্য উপাদান পরামিতিগুলির সাথে কোনও সম্পর্ক নেই এবং কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিক্স দ্বারা নির্ধারিত হয় []]। শোষিত আলো ক্যারিয়ার (ইলেক্ট্রন এবং গর্ত) প্রজন্মের দিকে পরিচালিত করবে। গ্রাফিনে ক্যারিয়ারের প্রজন্ম এবং পরিবহন traditional তিহ্যবাহী অর্ধপরিবাহীদের থেকে খুব আলাদা। এটি গ্রাফিনকে আল্ট্রাফাস্ট ফটোয়েলেক্ট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জামগুলির জন্য খুব উপযুক্ত করে তোলে। এটি অনুমান করা হয় যে এই জাতীয় ফটোয়েলেকট্রিক আনয়ন সরঞ্জামগুলি 500GHz এর ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে। যদি এটি সিগন্যাল ট্রান্সমিশনের জন্য ব্যবহৃত হয় তবে এটি প্রতি সেকেন্ডে 500 বিলিয়ন জিরো বাগুলি প্রেরণ করতে পারে এবং এক সেকেন্ডে দুটি ব্লু রে ডিস্কের সামগ্রীর সংক্রমণ সম্পূর্ণ করতে পারে।

আমেরিকা যুক্তরাষ্ট্রের আইবিএম টমাস জে ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টারের বিশেষজ্ঞরা 10GHz ফ্রিকোয়েন্সি [8] এ কাজ করতে পারে এমন ফটোয়েলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইসগুলি তৈরি করতে গ্রাফিন ব্যবহার করেছেন। প্রথমত, গ্রাফিন ফ্লেক্সগুলি "টেপ টিয়ারিং পদ্ধতি" দ্বারা 300 এনএম পুরু সিলিকা দিয়ে আচ্ছাদিত একটি সিলিকন সাবস্ট্রেটে প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং তারপরে প্যালাডিয়াম সোনার বা টাইটানিয়াম সোনার ইলেক্ট্রোডগুলি 1 মাইক্রনের ব্যবধান এবং এতে 250 এনএম প্রস্থ তৈরি করা হয়েছিল। এইভাবে, একটি গ্রাফিন ভিত্তিক ফটোয়েলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইস প্রাপ্ত হয়।

গ্রাফিন ফোটো ইলেক্ট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জাম এবং স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (এসইএম) প্রকৃত নমুনার ফটোগুলির স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম। চিত্রের কালো শর্ট লাইনটি 5 মাইক্রনের সাথে মিলে যায় এবং ধাতব লাইনের মধ্যে দূরত্ব একটি মাইক্রন।

পরীক্ষাগুলির মাধ্যমে, গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে এই ধাতব গ্রাফিন ধাতব কাঠামো ফটো ইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইসটি সর্বাধিক 16GHz এর কার্যকরী ফ্রিকোয়েন্সিতে পৌঁছতে পারে এবং 300 এনএম (আল্ট্রাভায়োলেটের নিকটে) থেকে 6 মাইক্রন (ইনফ্রারেড) থেকে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে উচ্চ গতিতে কাজ করতে পারে, যখন Traditional তিহ্যবাহী ফটোয়েলেকট্রিক ইন্ডাকশন টিউব দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে ইনফ্রারেড আলোতে সাড়া দিতে পারে না। গ্রাফিন ফোটো ইলেক্ট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জামগুলির কার্যকরী ফ্রিকোয়েন্সি এখনও উন্নতির জন্য দুর্দান্ত জায়গা রয়েছে। এর উচ্চতর পারফরম্যান্স এটিকে যোগাযোগ, রিমোট কন্ট্রোল এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ সহ বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন সম্ভাবনা তৈরি করে।

অনন্য বৈশিষ্ট্যযুক্ত একটি নতুন উপাদান হিসাবে, গ্রাফিনের প্রয়োগ সম্পর্কে গবেষণা একের পর এক উত্থিত হচ্ছে। আমাদের এখানে তাদের গণনা করা কঠিন। ভবিষ্যতে, গ্রাফিন দিয়ে তৈরি ফিল্ড এফেক্ট টিউবগুলি, গ্রাফিন দিয়ে তৈরি আণবিক সুইচ এবং দৈনন্দিন জীবনে গ্রাফিন দিয়ে তৈরি আণবিক ডিটেক্টর থাকতে পারে ... গ্রাফিন যা ধীরে ধীরে পরীক্ষাগার থেকে বেরিয়ে আসে দৈনন্দিন জীবনে জ্বলজ্বল করে।

আমরা আশা করতে পারি যে গ্রাফিন ব্যবহার করে প্রচুর পরিমাণে বৈদ্যুতিন পণ্য অদূর ভবিষ্যতে উপস্থিত হবে। যদি আমাদের স্মার্টফোন এবং নেটবুকগুলি ঘুরানো যায়, আমাদের কানে ক্ল্যাম্প করা যায়, আমাদের পকেটে স্টাফ করা যায় বা ব্যবহার না করা অবস্থায় আমাদের কব্জির চারপাশে জড়িয়ে যায় তবে তা কতটা আকর্ষণীয় হবে তা ভেবে দেখুন!