গ্রাফিন ব্যবহার কি?দুটি অ্যাপ্লিকেশন কেস আপনাকে গ্রাফিনের প্রয়োগের সম্ভাবনা বুঝতে দেয়

2010 সালে, গেইম এবং নভোসেলভ গ্রাফিনে তাদের কাজের জন্য পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার জিতেছিলেন।এই পুরস্কার অনেকের মনে গভীর ছাপ ফেলেছে।সর্বোপরি, প্রতিটি নোবেল পুরস্কারের পরীক্ষামূলক সরঞ্জাম আঠালো টেপের মতো সাধারণ নয় এবং প্রতিটি গবেষণা বস্তু "দ্বি-মাত্রিক স্ফটিক" গ্রাফিনের মতো যাদুকর এবং সহজে বোঝা যায় না।2004 সালে কাজটি 2010 সালে পুরস্কৃত করা যেতে পারে, যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নোবেল পুরস্কারের রেকর্ডে বিরল।

গ্রাফিন হল এক ধরনের পদার্থ যা কার্বন পরমাণুর একটি একক স্তর নিয়ে গঠিত যা একটি দ্বি-মাত্রিক মধুচক্র ষড়ভুজাকার জালিতে ঘনিষ্ঠভাবে সাজানো থাকে।হীরা, গ্রাফাইট, ফুলেরিন, কার্বন ন্যানোটিউব এবং নিরাকার কার্বনের মতো, এটি কার্বন উপাদানের সমন্বয়ে গঠিত একটি পদার্থ (সরল পদার্থ)।নীচের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, ফুলেরিন এবং কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে গ্রাফিনের একক স্তর থেকে কোনওভাবে ঘূর্ণায়মান হিসাবে দেখা যায়, যা গ্রাফিনের বহু স্তর দ্বারা স্তুপীকৃত।বিভিন্ন কার্বন সরল পদার্থের (গ্রাফাইট, কার্বন ন্যানোটিউব এবং গ্রাফিন) বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করার জন্য গ্রাফিন ব্যবহারের তাত্ত্বিক গবেষণা প্রায় 60 বছর ধরে চলেছিল, কিন্তু এটি সাধারণত বিশ্বাস করা হয় যে এই জাতীয় দ্বি-মাত্রিক পদার্থের একাকী অস্তিত্ব থাকা কঠিন, শুধুমাত্র ত্রিমাত্রিক সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠ বা গ্রাফাইটের মত ভিতরের পদার্থের সাথে সংযুক্ত।এটি 2004 সাল পর্যন্ত নয় যে আন্দ্রে গেইম এবং তার ছাত্র কনস্ট্যান্টিন নভোসেলভ পরীক্ষার মাধ্যমে গ্রাফাইট থেকে গ্রাফিনের একক স্তর ছিনিয়ে নিয়েছিলেন যে গ্রাফিনের উপর গবেষণা নতুন বিকাশ অর্জন করেছিল।

ফুলেরিন (বাম) এবং কার্বন ন্যানোটিউব (মাঝামাঝি) উভয়কেই কোনোভাবে গ্রাফিনের একক স্তর দ্বারা ঘূর্ণায়মান হিসাবে গণ্য করা যেতে পারে, যখন গ্রাফাইট (ডান) ভ্যান ডার ওয়ালস ফোর্সের সংযোগের মাধ্যমে গ্রাফিনের একাধিক স্তর দ্বারা স্তুপীকৃত হয়।

আজকাল, গ্রাফিন বিভিন্ন উপায়ে পাওয়া যায় এবং বিভিন্ন পদ্ধতির নিজস্ব সুবিধা এবং অসুবিধা রয়েছে।Geim এবং Novoselov একটি সহজ উপায়ে গ্রাফিন প্রাপ্ত.সুপারমার্কেটগুলিতে উপলব্ধ স্বচ্ছ টেপ ব্যবহার করে, তারা উচ্চ-ক্রম পাইরোলাইটিক গ্রাফাইটের একটি টুকরো থেকে গ্রাফিন, কার্বন পরমাণুর পুরু একটি গ্রাফাইট শীট ছিনিয়ে নেয়।এটি সুবিধাজনক, তবে নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা এতটা ভাল নয় এবং 100 মাইক্রনের কম (এক মিলিমিটারের এক দশমাংশ) আকারের গ্রাফিন কেবল পাওয়া যেতে পারে, যা পরীক্ষা-নিরীক্ষার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, তবে ব্যবহারিক ক্ষেত্রে এটি ব্যবহার করা কঠিন। অ্যাপ্লিকেশনরাসায়নিক বাষ্প জমার ফলে ধাতব পৃষ্ঠে দশ সেন্টিমিটার আকারের গ্রাফিনের নমুনা বাড়তে পারে।যদিও সামঞ্জস্যপূর্ণ অভিযোজন সহ এলাকাটি মাত্র 100 মাইক্রন [3,4], এটি কিছু অ্যাপ্লিকেশনের উত্পাদন প্রয়োজনের জন্য উপযুক্ত হয়েছে।আরেকটি সাধারণ পদ্ধতি হল সিলিকন কার্বাইড (SIC) ক্রিস্টালকে ভ্যাকুয়ামে 1100 ℃ এর বেশি গরম করা, যাতে পৃষ্ঠের কাছাকাছি সিলিকন পরমাণুগুলি বাষ্পীভূত হয় এবং অবশিষ্ট কার্বন পরমাণুগুলিকে পুনরায় সাজানো হয়, যা ভাল বৈশিষ্ট্য সহ গ্রাফিনের নমুনাও পেতে পারে।

গ্রাফিন অনন্য বৈশিষ্ট্য সহ একটি নতুন উপাদান: এর বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা তামার মতোই দুর্দান্ত এবং এর তাপ পরিবাহিতা যে কোনও পরিচিত উপাদানের চেয়ে ভাল।এটা খুবই স্বচ্ছ।উল্লম্ব ঘটনা দৃশ্যমান আলোর শুধুমাত্র একটি ছোট অংশ (2.3%) গ্রাফিন দ্বারা শোষিত হবে, এবং বেশিরভাগ আলোর মধ্য দিয়ে যাবে।এটি এতই ঘন যে হিলিয়াম পরমাণুও (সবচেয়ে ছোট গ্যাসের অণু) এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে না।এই জাদুকরী বৈশিষ্ট্যগুলি সরাসরি গ্রাফাইট থেকে উত্তরাধিকারসূত্রে পাওয়া যায় না, তবে কোয়ান্টাম মেকানিক্স থেকে।এর অনন্য বৈদ্যুতিক এবং অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে যে এটির ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে।

যদিও গ্রাফিন মাত্র দশ বছরেরও কম সময়ের জন্য আবির্ভূত হয়েছে, এটি অনেক প্রযুক্তিগত প্রয়োগ দেখিয়েছে, যা পদার্থবিদ্যা এবং বস্তুগত বিজ্ঞানের ক্ষেত্রে খুবই বিরল।সাধারণ পদার্থগুলিকে পরীক্ষাগার থেকে বাস্তব জীবনে যেতে দশ বছর বা এমনকি দশকেরও বেশি সময় লাগে।গ্রাফিন ব্যবহার কি?এর দুটি উদাহরণ তাকান.

নরম স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোড
অনেক বৈদ্যুতিক যন্ত্রপাতিতে, স্বচ্ছ পরিবাহী পদার্থকে ইলেক্ট্রোড হিসেবে ব্যবহার করতে হয়।ইলেকট্রনিক ঘড়ি, ক্যালকুলেটর, টেলিভিশন, লিকুইড ক্রিস্টাল ডিসপ্লে, টাচ স্ক্রিন, সোলার প্যানেল এবং অন্যান্য অনেক ডিভাইস স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোডের অস্তিত্ব ত্যাগ করতে পারে না।ঐতিহ্যগত স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোড ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড (ITO) ব্যবহার করে।উচ্চ মূল্য এবং ইন্ডিয়ামের সীমিত সরবরাহের কারণে, উপাদানটি ভঙ্গুর এবং নমনীয়তার অভাব, এবং ইলেক্ট্রোডকে ভ্যাকুয়ামের মাঝামাঝি স্তরে জমা করতে হবে এবং খরচ তুলনামূলকভাবে বেশি।অনেক দিন ধরেই বিজ্ঞানীরা এর বিকল্প খোঁজার চেষ্টা করছেন।স্বচ্ছতা, ভাল পরিবাহিতা এবং সহজ প্রস্তুতির প্রয়োজনীয়তাগুলি ছাড়াও, যদি উপাদানটির নমনীয়তা ভাল হয় তবে এটি "ইলেক্ট্রনিক কাগজ" বা অন্যান্য ভাঁজযোগ্য ডিসপ্লে ডিভাইস তৈরির জন্য উপযুক্ত হবে।অতএব, নমনীয়তাও একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ দিক।গ্রাফিন এমন একটি উপাদান, যা স্বচ্ছ ইলেক্ট্রোডের জন্য খুব উপযুক্ত।

স্যামসাং এবং দক্ষিণ কোরিয়ার চেংজুনগুয়ান বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা রাসায়নিক বাষ্প জমার মাধ্যমে 30 ইঞ্চি একটি তির্যক দৈর্ঘ্যের গ্রাফিন প্রাপ্ত করেছেন এবং এটি একটি 188 মাইক্রন পুরু পলিথিন টেরেফথালেট (PET) ফিল্মে স্থানান্তরিত করেছেন যাতে একটি গ্রাফিন ভিত্তিক টাচ স্ক্রিন তৈরি করা হয় [4]।নীচের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, তামার ফয়েলে জন্মানো গ্রাফিন প্রথমে তাপীয় স্ট্রিপিং টেপ (নীল স্বচ্ছ অংশ) দিয়ে বন্ধন করা হয়, তারপর তামার ফয়েল রাসায়নিক পদ্ধতিতে দ্রবীভূত করা হয় এবং অবশেষে গ্রাফিন গরম করে পিইটি ফিল্মে স্থানান্তরিত হয়। .

নতুন ফটোইলেকট্রিক আনয়ন সরঞ্জাম
গ্রাফিনের খুব অনন্য অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে।যদিও পরমাণুর একটি মাত্র স্তর রয়েছে, তবে এটি দৃশ্যমান আলো থেকে ইনফ্রারেড পর্যন্ত সমগ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে নির্গত আলোর 2.3% শোষণ করতে পারে।এই সংখ্যার সাথে গ্রাফিনের অন্যান্য উপাদানের পরামিতিগুলির কোনও সম্পর্ক নেই এবং এটি কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিকস দ্বারা নির্ধারিত হয় [6]।শোষিত আলো বাহক (ইলেকট্রন এবং গর্ত) প্রজন্মের দিকে নিয়ে যাবে।গ্রাফিনে বাহকগুলির উত্পাদন এবং পরিবহন ঐতিহ্যগত অর্ধপরিবাহীগুলির থেকে খুব আলাদা।এটি আল্ট্রাফাস্ট ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জামের জন্য গ্রাফিনকে খুব উপযুক্ত করে তোলে।অনুমান করা হয় যে এই ধরনের ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন যন্ত্রপাতি 500GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে।যদি এটি সংকেত সংক্রমণের জন্য ব্যবহার করা হয়, এটি প্রতি সেকেন্ডে 500 বিলিয়ন শূন্য বা এককে প্রেরণ করতে পারে এবং এক সেকেন্ডে দুটি ব্লু রে ডিস্কের বিষয়বস্তুর সংক্রমণ সম্পূর্ণ করতে পারে।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের আইবিএম থমাস জে. ওয়াটসন রিসার্চ সেন্টারের বিশেষজ্ঞরা ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইস তৈরি করতে গ্রাফিন ব্যবহার করেছেন যা 10GHz ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে পারে [8]।প্রথমত, 300 এনএম পুরু সিলিকা দিয়ে আচ্ছাদিত একটি সিলিকন সাবস্ট্রেটের উপর গ্রাফিন ফ্লেক্স প্রস্তুত করা হয়েছিল "টেপ টিয়ারিং পদ্ধতি" দ্বারা, এবং তারপরে 1 মাইক্রন এবং 250 এনএম প্রস্থের ব্যবধান সহ প্যালাডিয়াম সোনা বা টাইটানিয়াম সোনার ইলেক্ট্রোড তৈরি করা হয়েছিল।এইভাবে, একটি গ্রাফিন ভিত্তিক ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইস পাওয়া যায়।

গ্রাফিন ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ইকুইপমেন্টের পরিকল্পিত চিত্র এবং প্রকৃত নমুনার স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (SEM) ফটো।চিত্রের কালো সংক্ষিপ্ত রেখাটি 5 মাইক্রনের সাথে মিলে যায় এবং ধাতব রেখার মধ্যে দূরত্ব এক মাইক্রন।

পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে, গবেষকরা দেখেছেন যে এই ধাতব গ্রাফিন ধাতব কাঠামোর ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন ডিভাইসটি সর্বাধিক 16GHz এর কাজের ফ্রিকোয়েন্সিতে পৌঁছাতে পারে এবং 300 এনএম (অতিবেগুনী কাছাকাছি) থেকে 6 মাইক্রন (ইনফ্রারেড) তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরে উচ্চ গতিতে কাজ করতে পারে, যখন প্রথাগত ফোটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন টিউব দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে ইনফ্রারেড আলোকে সাড়া দিতে পারে না।গ্রাফিন ফটোইলেকট্রিক ইন্ডাকশন সরঞ্জামের কাজের ফ্রিকোয়েন্সি এখনও উন্নতির জন্য দুর্দান্ত জায়গা রয়েছে।এর উচ্চতর কর্মক্ষমতা এটিকে যোগাযোগ, রিমোট কন্ট্রোল এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণ সহ বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন সম্ভাবনা তৈরি করে।

অনন্য বৈশিষ্ট্য সহ একটি নতুন উপাদান হিসাবে, গ্রাফিনের প্রয়োগের উপর গবেষণা একের পর এক উঠে আসছে।এখানে তাদের গণনা করা আমাদের পক্ষে কঠিন।ভবিষ্যতে, দৈনন্দিন জীবনে গ্রাফিনের তৈরি ফিল্ড ইফেক্ট টিউব, গ্রাফিনের তৈরি আণবিক সুইচ এবং গ্রাফিনের তৈরি মলিকুলার ডিটেক্টর থাকতে পারে… গ্রাফিন যা ধীরে ধীরে পরীক্ষাগার থেকে বেরিয়ে আসবে তা দৈনন্দিন জীবনে উজ্জ্বল হবে।

আমরা আশা করতে পারি যে অদূর ভবিষ্যতে গ্রাফিন ব্যবহার করে বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রনিক পণ্য উপস্থিত হবে।আমাদের স্মার্টফোন এবং নেটবুক গুটিয়ে রাখা, আমাদের কানে আটকানো, আমাদের পকেটে স্টাফ করা, বা ব্যবহার না করার সময় আমাদের কব্জির চারপাশে মোড়ানো গেলে এটি কতটা আকর্ষণীয় হবে তা ভেবে দেখুন!