గ్రాఫేన్ వాడకం ఏమిటి? రెండు అప్లికేషన్ కేసులు గ్రాఫేన్ యొక్క అప్లికేషన్ అవకాశాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తాయి

2010 లో, గీమ్ మరియు నోవోసెలోవ్ గ్రాఫేన్‌పై చేసిన కృషికి భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నారు. ఈ అవార్డు చాలా మందిపై లోతైన ముద్ర వేసింది. అన్నింటికంటే, ప్రతి నోబెల్ బహుమతి ప్రయోగాత్మక సాధనం అంటుకునే టేప్ వలె సర్వసాధారణం కాదు, మరియు ప్రతి పరిశోధనా వస్తువు “రెండు డైమెన్షనల్ క్రిస్టల్” గ్రాఫేన్ వలె మాయాజాలం మరియు సులభం కాదు. 2004 లో ఈ పనిని 2010 లో ఇవ్వవచ్చు, ఇది ఇటీవలి సంవత్సరాలలో నోబెల్ బహుమతి రికార్డులో చాలా అరుదు.

గ్రాఫేన్ అనేది ఒక రకమైన పదార్ధం, ఇది కార్బన్ అణువుల యొక్క ఒకే పొరను కలిగి ఉంటుంది, ఇది రెండు డైమెన్షనల్ తేనెగూడు షట్కోణ జాలకలో దగ్గరగా అమర్చబడి ఉంటుంది. డైమండ్, గ్రాఫైట్, ఫుల్లెరిన్, కార్బన్ నానోట్యూబ్స్ మరియు నిరాకార కార్బన్ వంటివి, ఇది కార్బన్ మూలకాలతో కూడిన పదార్ధం (సాధారణ పదార్ధం). దిగువ చిత్రంలో చూపినట్లుగా, పూర్తిస్థాయిలు మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు గ్రాఫేన్ యొక్క ఒకే పొర నుండి ఏదో ఒక విధంగా చుట్టబడినట్లు చూడవచ్చు, ఇది అనేక పొరల గ్రాఫేన్ చేత పేర్చబడి ఉంటుంది. వివిధ కార్బన్ సాధారణ పదార్ధాల (గ్రాఫైట్, కార్బన్ నానోట్యూబ్స్ మరియు గ్రాఫేన్) యొక్క లక్షణాలను వివరించడానికి గ్రాఫేన్ వాడకంపై సైద్ధాంతిక పరిశోధన దాదాపు 60 సంవత్సరాలుగా కొనసాగింది, అయితే సాధారణంగా ఇటువంటి రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాలు ఒంటరిగా ఉనికిలో ఉండటం కష్టమని నమ్ముతారు, త్రిమితీయ ఉపరితల ఉపరితలం లేదా గ్రాఫైట్ వంటి పదార్థాల లోపల మాత్రమే జతచేయబడుతుంది. 2004 వరకు ఆండ్రీ గీమ్ మరియు అతని విద్యార్థి కాన్స్టాంటిన్ నోవోసెలోవ్ గ్రాఫైట్ నుండి గ్రాఫేన్ నుండి ఒకే పొరను గ్రాఫేన్ పై పరిశోధన కొత్త అభివృద్ధిని సాధించిన ప్రయోగాల ద్వారా తొలగించారు.

ఫుల్లెరిన్ (ఎడమ) మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్ (మిడిల్) రెండింటినీ ఏదో ఒక విధంగా గ్రాఫేన్ యొక్క ఒకే పొర ద్వారా చుట్టేసినట్లు పరిగణించవచ్చు, అయితే గ్రాఫైట్ (కుడి) వాన్ డెర్ వాల్స్ ఫోర్స్ యొక్క కనెక్షన్ ద్వారా గ్రాఫేన్ యొక్క బహుళ పొరల ద్వారా పేర్చబడి ఉంటుంది.

ఈ రోజుల్లో, గ్రాఫేన్‌ను అనేక విధాలుగా పొందవచ్చు మరియు వేర్వేరు పద్ధతులు వాటి స్వంత ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి. గీమ్ మరియు నోవోసెలోవ్ గ్రాఫేన్‌ను సరళమైన రీతిలో పొందారు. సూపర్ మార్కెట్లలో లభించే పారదర్శక టేప్‌ను ఉపయోగించి, అవి హై-ఆర్డర్ పైరోలైటిక్ గ్రాఫైట్ ముక్క నుండి, కార్బన్ అణువుల మందపాటి ఒక పొరతో కూడిన గ్రాఫైట్ షీట్ గ్రాఫేన్‌ను తీసివేసాయి. ఇది సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది, కానీ నియంత్రణ సామర్థ్యం అంత మంచిది కాదు, మరియు 100 మైక్రాన్ల కన్నా తక్కువ పరిమాణంతో గ్రాఫేన్ (మిల్లీమీటర్‌లో పదవ వంతు) మాత్రమే పొందవచ్చు, దీనిని ప్రయోగాలకు ఉపయోగించవచ్చు, కాని ప్రాక్టికల్ కోసం ఉపయోగించడం కష్టం అనువర్తనాలు. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ లోహ ఉపరితలంపై పదుల సెంటీమీటర్ల పరిమాణంతో గ్రాఫేన్ నమూనాలను పెంచుతుంది. స్థిరమైన ధోరణి ఉన్న ప్రాంతం 100 మైక్రాన్లు [3,4] మాత్రమే అయినప్పటికీ, ఇది కొన్ని అనువర్తనాల ఉత్పత్తి అవసరాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. మరొక సాధారణ పద్ధతి ఏమిటంటే, సిలికాన్ కార్బైడ్ (SIC) క్రిస్టల్‌ను వాక్యూమ్‌లో 1100 కంటే ఎక్కువ వేడి చేయడం, తద్వారా ఉపరితలం దగ్గర ఉన్న సిలికాన్ అణువులు ఆవిరైపోతాయి మరియు మిగిలిన కార్బన్ అణువులను పునర్వ్యవస్థీకరించబడతాయి, ఇవి మంచి లక్షణాలతో గ్రాఫేన్ నమూనాలను కూడా పొందగలవు.

గ్రాఫేన్ అనేది ప్రత్యేకమైన లక్షణాలతో కూడిన కొత్త పదార్థం: దీని విద్యుత్ వాహకత రాగి వలె అద్భుతమైనది, మరియు దాని ఉష్ణ వాహకత ఏవైనా తెలిసిన పదార్థాల కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది. ఇది చాలా పారదర్శకంగా ఉంటుంది. నిలువు సంఘటన కనిపించే కాంతి యొక్క చిన్న భాగం (2.3%) మాత్రమే గ్రాఫేన్ ద్వారా గ్రహించబడుతుంది మరియు చాలా కాంతి గుండా వెళుతుంది. ఇది చాలా దట్టంగా ఉంది, హీలియం అణువులు (అతిచిన్న గ్యాస్ అణువులు) కూడా వెళ్ళలేవు. ఈ మాయా లక్షణాలు నేరుగా గ్రాఫైట్ నుండి వారసత్వంగా పొందబడవు, కానీ క్వాంటం మెకానిక్స్ నుండి. దీని ప్రత్యేకమైన విద్యుత్ మరియు ఆప్టికల్ లక్షణాలు దీనికి విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉన్నాయని నిర్ణయిస్తాయి.

గ్రాఫేన్ పదేళ్ళలోపు మాత్రమే కనిపించినప్పటికీ, ఇది అనేక సాంకేతిక అనువర్తనాలను చూపించింది, ఇది భౌతిక మరియు భౌతిక శాస్త్ర రంగాలలో చాలా అరుదు. సాధారణ పదార్థాలు ప్రయోగశాల నుండి నిజ జీవితానికి వెళ్లడానికి పది సంవత్సరాలు లేదా దశాబ్దాల కంటే ఎక్కువ సమయం పడుతుంది. గ్రాఫేన్ వాడకం ఏమిటి? రెండు ఉదాహరణలను చూద్దాం.

మృదువైన పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్
అనేక విద్యుత్ ఉపకరణాలలో, పారదర్శక వాహక పదార్థాలను ఎలక్ట్రోడ్లుగా ఉపయోగించాల్సిన అవసరం ఉంది. ఎలక్ట్రానిక్ గడియారాలు, కాలిక్యులేటర్లు, టెలివిజన్లు, లిక్విడ్ క్రిస్టల్ డిస్ప్లేలు, టచ్ స్క్రీన్లు, సౌర ఫలకాలు మరియు అనేక ఇతర పరికరాలు పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్ల ఉనికిని వదిలివేయలేవు. సాంప్రదాయ పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్ ఇండియం టిన్ ఆక్సైడ్ (ITO) ను ఉపయోగిస్తుంది. అధిక ధర మరియు ఇండియం యొక్క పరిమిత సరఫరా కారణంగా, పదార్థం పెళుసుగా ఉంటుంది మరియు వశ్యత లేకపోవడం, మరియు ఎలక్ట్రోడ్ వాక్యూమ్ యొక్క మధ్య పొరలో జమ చేయాల్సిన అవసరం ఉంది మరియు ఖర్చు సాపేక్షంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది. చాలా కాలంగా, శాస్త్రవేత్తలు దాని ప్రత్యామ్నాయాన్ని కనుగొనడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు. పారదర్శకత, మంచి వాహకత మరియు సులభమైన తయారీ యొక్క అవసరాలతో పాటు, పదార్థం యొక్క వశ్యత బాగుంటే, “ఎలక్ట్రానిక్ పేపర్” లేదా ఇతర మడత ప్రదర్శన పరికరాలను తయారు చేయడానికి ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, వశ్యత కూడా చాలా ముఖ్యమైన అంశం. గ్రాఫేన్ అటువంటి పదార్థం, ఇది పారదర్శక ఎలక్ట్రోడ్లకు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.

దక్షిణ కొరియాలోని శామ్‌సంగ్ మరియు చెంగ్జుంగువాన్ విశ్వవిద్యాలయం పరిశోధకులు రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ ద్వారా 30 అంగుళాల వికర్ణ పొడవుతో గ్రాఫేన్‌ను పొందారు మరియు దానిని గ్రాఫేన్ ఆధారిత టచ్ స్క్రీన్ ఉత్పత్తి చేయడానికి 188 మైక్రాన్ మందపాటి పాలిథిలిన్ టెరెఫ్తాలేట్ (పిఇటి) చిత్రానికి బదిలీ చేశారు [4] [4]. దిగువ చిత్రంలో చూపినట్లుగా, రాగి రేకుపై పెరిగిన గ్రాఫేన్ మొదట థర్మల్ స్ట్రిప్పింగ్ టేప్ (నీలం పారదర్శక భాగం) తో బంధించబడుతుంది, తరువాత రాగి రేకు రసాయన పద్ధతి ద్వారా కరిగిపోతుంది మరియు చివరకు గ్రాఫేన్ తాపన ద్వారా పెంపుడు చిత్రానికి బదిలీ చేయబడుతుంది .

క్రొత్త ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలు
గ్రాఫేన్ చాలా ప్రత్యేకమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది. అణువుల యొక్క ఒక పొర మాత్రమే ఉన్నప్పటికీ, ఇది మొత్తం తరంగదైర్ఘ్య పరిధిలో ఉద్గార కాంతిలో 2.3% కనిపించే కాంతి నుండి పరారుణ వరకు గ్రహించగలదు. ఈ సంఖ్యకు గ్రాఫేన్ యొక్క ఇతర మెటీరియల్ పారామితులతో సంబంధం లేదు మరియు క్వాంటం ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది [6]. గ్రహించిన కాంతి క్యారియర్‌ల తరం (ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు) కు దారితీస్తుంది. గ్రాఫేన్‌లో క్యారియర్‌ల తరం మరియు రవాణా సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్లలో ఉన్న వాటికి చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. ఇది గ్రాఫేన్‌ను అల్ట్రాఫాస్ట్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలకు చాలా అనుకూలంగా చేస్తుంది. అటువంటి ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలు 500GHz యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద పనిచేయవచ్చని అంచనా. ఇది సిగ్నల్ ట్రాన్స్మిషన్ కోసం ఉపయోగించినట్లయితే, ఇది సెకనుకు 500 బిలియన్ సున్నాలు లేదా వాటిని ప్రసారం చేస్తుంది మరియు రెండు బ్లూ రే డిస్క్‌ల విషయాల ప్రసారాన్ని ఒక సెకనులో పూర్తి చేస్తుంది.

యునైటెడ్ స్టేట్స్ లోని ఐబిఎం థామస్ జె. వాట్సన్ రీసెర్చ్ సెంటర్ నిపుణులు 10GHz ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద పని చేయగల ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాలను తయారు చేయడానికి గ్రాఫేన్ ఉపయోగించారు [8]. మొదట, 300 ఎన్ఎమ్ మందపాటి సిలికాతో కప్పబడిన సిలికాన్ ఉపరితలంపై గ్రాఫేన్ రేకులు తయారు చేయబడ్డాయి, ఆపై 1 మైక్రాన్ విరామంతో పల్లాడియం బంగారం లేదా టైటానియం బంగారు ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు దానిపై 250 ఎన్ఎమ్ వెడల్పుతో తయారు చేయబడ్డాయి. ఈ విధంగా, గ్రాఫేన్ ఆధారిత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరం పొందబడుతుంది.

వాస్తవ నమూనాల గ్రాఫేన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ ఎక్విప్మెంట్ మరియు స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (SEM) ఫోటోల స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం. చిత్రంలోని బ్లాక్ షార్ట్ లైన్ 5 మైక్రాన్లకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు లోహ రేఖల మధ్య దూరం ఒక మైక్రాన్.

ప్రయోగాల ద్వారా, ఈ మెటల్ గ్రాఫేన్ మెటల్ స్ట్రక్చర్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరం 16GHz యొక్క పని పౌన frequency పున్యాన్ని గరిష్టంగా చేరుకోగలదని మరియు 300 nm (అతినీలలోహిత సమీపంలో) నుండి 6 మైక్రాన్ల (ఇన్ఫ్రారెడ్) వరకు తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో అధిక వేగంతో పనిచేయగలదని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. సాంప్రదాయ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ ట్యూబ్ ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యంతో పరారుణ కాంతికి స్పందించదు. గ్రాఫేన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఇండక్షన్ పరికరాల పని పౌన frequency పున్యం ఇప్పటికీ మెరుగుదలకు గొప్ప గదిని కలిగి ఉంది. దీని ఉన్నతమైన పనితీరు కమ్యూనికేషన్, రిమోట్ కంట్రోల్ మరియు పర్యావరణ పర్యవేక్షణతో సహా అనేక రకాల అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంటుంది.

ప్రత్యేక లక్షణాలతో కూడిన క్రొత్త పదార్థంగా, గ్రాఫేన్ యొక్క అనువర్తనంపై పరిశోధన ఒకదాని తరువాత ఒకటి వెలువడుతోంది. వాటిని ఇక్కడ లెక్కించడం మాకు కష్టం. భవిష్యత్తులో, గ్రాఫేన్‌తో చేసిన ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్యూబ్‌లు, గ్రాఫేన్ మరియు రోజువారీ జీవితంలో గ్రాఫేన్‌తో చేసిన మాలిక్యులర్ డిటెక్టర్లు తయారు చేసిన పరమాణు స్విచ్‌లు ఉండవచ్చు… ప్రయోగశాల నుండి క్రమంగా వచ్చే గ్రాఫేన్ రోజువారీ జీవితంలో ప్రకాశిస్తుంది.

గ్రాఫేన్ ఉపయోగించి పెద్ద సంఖ్యలో ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తులు సమీప భవిష్యత్తులో కనిపిస్తాయని మేము ఆశించవచ్చు. మా స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు మరియు నెట్‌బుక్‌లను చుట్టుముట్టడం, మా చెవులపై బిగించి, మా జేబుల్లో నింపబడి, లేదా ఉపయోగంలో లేనప్పుడు మా మణికట్టు చుట్టూ చుట్టి ఉంటే అది ఎంత ఆసక్తికరంగా ఉంటుందో ఆలోచించండి!