د ګرافین ګټه څه ده؟ د غوښتنلیک دوه قضیې تاسو ته اجازه درکوي چې د ګرافین د غوښتنلیک احتمال درک کړئ

په ۲۰۱۰ کال کې، ګیم او نووسیلوف د ګرافین په اړه د دوی د کار لپاره په فزیک کې د نوبل جایزه وګټله. دې جایزې په ډیرو خلکو ژوره اغیزه پریښوده. بالاخره، د نوبل جایزې هر تجربوي وسیله د چپکونکي ټیپ په څیر عام نه ده، او هر څیړنیز شی د "دوه اړخیزه کرسټال" ګرافین په څیر جادویی او د پوهیدو لپاره اسانه نه دی. د ۲۰۰۴ کال کار په ۲۰۱۰ کال کې ورکول کیدی شي، کوم چې په وروستیو کلونو کې د نوبل جایزې په ریکارډ کې نادر دی.

ګرافین یو ډول ماده ده چې د کاربن اتومونو یو واحد طبقه لري چې په دوه بعدي شاتو کې د شاتو د ټوټې په شپږ ګوني جال کې نږدې تنظیم شوي. د الماس، ګرافایټ، فولرین، کاربن نانوټیوبونو او بې شکله کاربن په څیر، دا یو ماده (ساده ماده) ده چې د کاربن عناصرو څخه جوړه شوې ده. لکه څنګه چې په لاندې انځور کې ښودل شوي، فولرینونه او کاربن نانوټیوبونه د ګرافین د یوې واحد طبقې څخه په یو ډول پوښل شوي لیدل کیدی شي، کوم چې د ګرافین د ډیری طبقو لخوا ډک شوي دي. د مختلفو کاربن ساده موادو (ګرافایټ، کاربن نانوټیوبونو او ګرافین) د ملکیتونو تشریح کولو لپاره د ګرافین کارولو په اړه تیوریکي څیړنه نږدې 60 کاله دوام کړی، مګر عموما داسې انګیرل کیږي چې دا ډول دوه بعدي مواد په یوازې توګه په ثابت ډول شتون لري، یوازې د درې بعدي سبسټریټ سطحې یا د ګرافایټ په څیر موادو دننه وصل دي. دا تر 2004 پورې نه و چې اندرې ګیم او د هغه زده کونکي کونستانټین نووسیلوف د تجربو له لارې د ګرافین څخه د ګرافین یو واحد طبقه لرې کړه چې د ګرافین په اړه څیړنې نوې پراختیا ترلاسه کړه.

دواړه فولرین (کیڼ اړخ ته) او کاربن نانوټیوب (منځنی اړخ) په یو ډول د ګرافین د یوې طبقې لخوا پوښل شوي ګڼل کیدی شي، پداسې حال کې چې ګرافیت (ښي اړخ ته) د وان ډیر والز ځواک د اتصال له لارې د ګرافین د څو طبقو لخوا ځای پرځای شوی دی.

نن ورځ، ګرافین په ډیری لارو ترلاسه کیدی شي، او مختلف میتودونه خپلې ګټې او زیانونه لري. ګییم او نووسیلوف په ساده ډول ګرافین ترلاسه کړ. په سوپر مارکیټونو کې د شفاف ټیپ په کارولو سره، دوی ګرافین، د ګرافیت یوه پاڼه چې یوازې د کاربن اتومونو یو طبقه ضخامت لري، د لوړ ترتیب پیرولیټیک ګرافیت ټوټې څخه لرې کړه. دا اسانه ده، مګر د کنټرول وړتیا دومره ښه نه ده، او ګرافین چې د 100 مایکرون (د ملی متر لسمه برخه) څخه کم اندازه لري یوازې ترلاسه کیدی شي، کوم چې د تجربو لپاره کارول کیدی شي، مګر د عملي غوښتنلیکونو لپاره کارول ستونزمن دي. د کیمیاوي بخار زیرمه کولی شي د فلزي سطحې په اړه د لسګونو سانتي مترو په اندازه د ګرافین نمونې وده وکړي. که څه هم د دوامداره سمت سره ساحه یوازې 100 مایکرون [3,4] ده، دا د ځینو غوښتنلیکونو د تولید اړتیاو لپاره مناسبه وه. بله عامه طریقه دا ده چې د سیلیکون کاربایډ (SIC) کرسټال په خلا کې له 1100 ℃ څخه ډیر تودوخه کړئ، ترڅو د سطحې ته نږدې سیلیکون اتومونه تبخیر شي، او پاتې کاربن اتومونه بیا تنظیم شي، کوم چې کولی شي د ښه ملکیتونو سره د ګرافین نمونې هم ترلاسه کړي.

ګرافین یو نوی مواد دی چې ځانګړي ځانګړتیاوې لري: د هغې بریښنایی چالکتیا د مسو په څیر غوره ده، او د هغې حرارتی چالکتیا د هر پیژندل شوي موادو څخه غوره ده. دا خورا شفاف دی. د عمودی پیښې لید وړ رڼا یوازې یوه کوچنۍ برخه (2.3٪) به د ګرافین لخوا جذب شي، او ډیری رڼا به ترې تیریږي. دا دومره کثافت لري چې حتی د هیلیم اتومونه (د ګازو تر ټولو کوچني مالیکولونه) هم نشي تیریدلی. دا جادویی ملکیتونه په مستقیم ډول د ګرافیټ څخه نه، بلکې د کوانټم میخانیک څخه په میراث پاتې دي. د دې ځانګړي بریښنایی او نظری ملکیتونه ټاکي چې دا د غوښتنلیک پراخه امکانات لري.

که څه هم ګرافین یوازې له لسو کلونو څخه کم وخت لپاره راڅرګند شوی، خو ډیری تخنیکي کارونې یې ښودلې دي، کوم چې د فزیک او مادي علومو په برخو کې خورا نادر دي. د لابراتوار څخه حقیقي ژوند ته د عمومي موادو لیږدولو لپاره له لسو کلونو یا حتی لسیزو څخه ډیر وخت نیسي. د ګرافین ګټه څه ده؟ راځئ چې دوه مثالونه وګورو.

نرم شفاف الکترود
په ډیری بریښنایی وسایلو کې، شفاف کنډکټیو موادو ته اړتیا ده چې د الکترودونو په توګه وکارول شي. بریښنایی ساعتونه، کیلکولیټرونه، تلویزیونونه، مایع کرسټال نندارې، ټچ سکرینونه، سولر پینلونه او ډیری نور وسایل نشي کولی د شفاف الکترودونو شتون پریږدي. دودیز شفاف الکترود د انډیم ټین اکسایډ (ITO) کاروي. د انډیم د لوړ قیمت او محدود عرضه کولو له امله، مواد ماتیدونکي او د انعطاف نشتوالی دی، او الکترود باید د خلا په منځنۍ طبقه کې زیرمه شي، او لګښت یې نسبتا لوړ دی. د اوږدې مودې راهیسې، ساینس پوهان هڅه کوي چې د هغې بدیل ومومي. د شفافیت، ښه کنډکټیو او اسانه چمتووالي اړتیاو سربیره، که چیرې د موادو انعطاف پخپله ښه وي، نو دا به د "برقی کاغذ" یا نورو فولډ ایبل ډیسپلی وسیلو جوړولو لپاره مناسب وي. له همدې امله، انعطاف هم یو خورا مهم اړخ دی. ګرافین داسې مواد دی، کوم چې د شفاف الکترودونو لپاره خورا مناسب دی.

د سویلي کوریا د سامسنګ او چینګجونګوان پوهنتون څیړونکو د کیمیاوي بخاراتو د زیرمو له لارې د 30 انچو قطري اوږدوالي سره ګرافین ترلاسه کړ او دا یې د 188 مایکرون ضخامت پولی ایتیلین ټیریفتالیټ (PET) فلم ته لیږدول ترڅو د ګرافین پر بنسټ ټچ سکرین تولید کړي [4]. لکه څنګه چې په لاندې انځور کې ښودل شوي، د مسو ورق باندې کرل شوی ګرافین لومړی د تودوخې سټریپینګ ټیپ (نیلي شفاف برخه) سره تړل کیږي، بیا د مسو ورق د کیمیاوي میتود له لارې منحل کیږي، او په پای کې ګرافین د تودوخې له لارې PET فلم ته لیږدول کیږي.

د فوتو الیکټریک انډکشن نوي تجهیزات
ګرافین ډېر بې ساري نظري ځانګړتیاوې لري. که څه هم د اتومونو یوازې یوه طبقه شتون لري، دا کولی شي د لیدلو وړ رڼا څخه تر انفراریډ پورې د ټول طول موج په حد کې د خارج شوي رڼا 2.3٪ جذب کړي. دا شمیره د ګرافین د نورو موادو پیرامیټرو سره هیڅ تړاو نلري او د کوانټم الیکټروډینامیک [6] لخوا ټاکل کیږي. جذب شوی رڼا به د کیریرونو (الیکټرانونو او سوریو) تولید لامل شي. په ګرافین کې د کیریرونو تولید او لیږد د دودیزو سیمیکمډکټرونو څخه ډیر توپیر لري. دا ګرافین د الټرا فاسټ فوټو الیکټریک انډکشن تجهیزاتو لپاره خورا مناسب کوي. اټکل کیږي چې دا ډول فوټو الیکټریک انډکشن تجهیزات ممکن د 500GHz فریکونسۍ کې کار وکړي. که چیرې دا د سیګنال لیږد لپاره وکارول شي، نو دا کولی شي په یوه ثانیه کې 500 ملیارد صفرونه یا یو لیږد کړي، او په یوه ثانیه کې د دوه بلو رې ډیسکونو مینځپانګې لیږد بشپړ کړي.

په متحده ایالاتو کې د IBM توماس جي واټسن څیړنیز مرکز متخصصینو د فوتو الیکټریک انډکشن وسایلو جوړولو لپاره ګرافین کارولی دی چې کولی شي په 10GHz فریکونسۍ کې کار وکړي [8]. لومړی، د ګرافین فلیکسونه د "ټیپ ټیر کولو میتود" لخوا د 300 nm ضخامت سیلیکا سره پوښل شوي سیلیکون سبسټریټ باندې چمتو شوي، او بیا د پیلاډیم سرو زرو یا ټایټانیوم سرو زرو الکترودونه د 1 مایکرون وقفې او 250 nm پلنوالي سره جوړ شوي. پدې توګه، د ګرافین پر بنسټ د فوتو الیکټریک انډکشن وسیله ترلاسه کیږي.

د ګرافین فوتو الیکټریک انډکشن تجهیزاتو او سکین کولو الکترون مایکروسکوپ (SEM) د اصلي نمونو عکسونو سکیماتیک ډیاګرام. په انځور کې تور لنډ کرښه د 5 مایکرون سره مطابقت لري، او د فلزي لیکو ترمنځ فاصله یو مایکرون ده.

د تجربو له لارې، څیړونکو وموندله چې دا فلزي ګرافین فلزي جوړښت فوتو الیکټریک انډکشن وسیله کولی شي د 16GHz کاري فریکونسۍ ته ورسیږي، او کولی شي د 300 nm (نږدې الټرا وایلیټ) څخه تر 6 مایکرون (انفرارډ) پورې د طول موج په حد کې په لوړ سرعت سره کار وکړي، پداسې حال کې چې دودیز فوتو الیکټریک انډکشن ټیوب نشي کولی د اوږدې طول موج سره انفراریډ رڼا ته ځواب ووایی. د ګرافین فوتو الیکټریک انډکشن تجهیزاتو کاري فریکونسۍ لاهم د ښه والي لپاره عالي ځای لري. د دې غوره فعالیت دا د غوښتنلیک پراخه امکانات لري، پشمول د مخابراتو، ریموټ کنټرول او چاپیریالي څارنې.

د یو نوي موادو په توګه چې ځانګړي ځانګړتیاوې لري، د ګرافین د کارولو په اړه څیړنه یو په بل پسې راڅرګندیږي. زموږ لپاره دا ستونزمنه ده چې دلته یې شمیرل شي. په راتلونکي کې، ممکن د ګرافین څخه جوړ شوي د ساحې اغیزې ټیوبونه، د ګرافین څخه جوړ شوي مالیکولر سویچونه او د ګرافین څخه جوړ شوي مالیکولر کشف کونکي په ورځني ژوند کې وي ... ګرافین چې په تدریجي ډول له لابراتوار څخه راځي په ورځني ژوند کې به ځلیږي.

موږ تمه کولی شو چې په نږدې راتلونکي کې به د ګرافین په کارولو سره د بریښنایی محصولاتو لوی شمیر څرګند شي. فکر وکړئ چې دا به څومره په زړه پورې وي که چیرې زموږ سمارټ فونونه او نټ بوکونه زموږ غوږونو ته وتړل شي، زموږ په جیبونو کې ډک شي، یا زموږ د مړوندونو شاوخوا وتړل شي کله چې په کارولو کې نه وي!