گرافین کا کیا استعمال ہے؟ درخواست کے دو معاملات آپ کو گرافین کے اطلاق کے امکان کو سمجھنے دیں

2010 میں ، جیم اور نووسیلوف نے گرافین پر اپنے کام کے لئے طبیعیات میں نوبل انعام جیتا۔ اس ایوارڈ نے بہت سارے لوگوں پر گہرا تاثر چھوڑا ہے۔ بہر حال ، ہر نوبل انعام کے تجرباتی آلے کو چپکنے والی ٹیپ کی طرح عام نہیں ہے ، اور ہر تحقیقی شے اتنا جادوئی اور اتنا آسان نہیں ہے جتنا "دو جہتی کرسٹل" گرافین کی طرح ہے۔ 2004 میں کام 2010 میں دیا جاسکتا ہے ، جو حالیہ برسوں میں نوبل انعام کے ریکارڈ میں بہت کم ہے۔

گرافین ایک قسم کا مادہ ہے جس میں کاربن ایٹموں کی ایک پرت پر مشتمل ہے جس کو دو جہتی ہنیکومب ہیکساگونل جالی میں قریب سے ترتیب دیا گیا ہے۔ ڈائمنڈ ، گریفائٹ ، فلرین ، کاربن نانوٹوبس اور امورفوس کاربن کی طرح ، یہ کاربن عناصر پر مشتمل ایک مادہ (سادہ مادہ) ہے۔ جیسا کہ نیچے دیئے گئے اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے ، فلرینیز اور کاربن نانوٹوبس کو کسی نہ کسی طرح گرافین کی ایک ہی پرت سے گھوما جاسکتا ہے ، جس میں گرافین کی بہت سی پرتوں سے سجا ہوا ہے۔ مختلف کاربن سادہ مادوں (گریفائٹ ، کاربن نانوٹوبس اور گرافین) کی خصوصیات کو بیان کرنے کے لئے گرافین کے استعمال پر نظریاتی تحقیق تقریبا 60 60 سال تک جاری ہے ، لیکن عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ اس طرح کے دو جہتی مواد کو مستحکم طور پر صرف ہونا مشکل ہے ، صرف تین جہتی سبسٹریٹ سطح یا اندر کے مادوں جیسے گریفائٹ سے منسلک ہے۔ یہ 2004 تک نہیں تھا کہ آندرے جیم اور ان کے طالب علم کونسٹنٹن نووسیلوف نے گرافین سے گرافین کی ایک پرت کو تجربات کے ذریعے گرافین سے چھین لیا کہ گرافین پر تحقیق نے نئی ترقی حاصل کی۔

فلرین (بائیں) اور کاربن نانوٹوب (درمیانی) دونوں کو گرافین کی ایک ہی پرت کے ذریعہ کسی طرح سے گھومایا جاسکتا ہے ، جبکہ گریفائٹ (دائیں) کو وین ڈیر والز فورس کے کنکشن کے ذریعے گرافین کی متعدد پرتوں کے ذریعہ سجا دیا گیا ہے۔

آج کل ، گرافین کو بہت سے طریقوں سے حاصل کیا جاسکتا ہے ، اور مختلف طریقوں کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔ جیم اور نووسیلوف نے ایک آسان انداز میں گرافین حاصل کیا۔ سپر مارکیٹوں میں دستیاب شفاف ٹیپ کا استعمال کرتے ہوئے ، انہوں نے گرافین کو چھین لیا ، ایک گریفائٹ شیٹ جس میں کاربن ایٹموں کی صرف ایک پرت موٹی ہے ، جس میں ہائی آرڈر پائرولائٹک گریفائٹ کے ٹکڑے ہیں۔ یہ آسان ہے ، لیکن قابو پانے کی صلاحیت اتنی اچھی نہیں ہے ، اور 100 مائکرون (ایک ملی میٹر کا دسواں حصہ) کے سائز کے ساتھ گرافین صرف حاصل کیا جاسکتا ہے ، جو تجربات کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے ، لیکن عملی کے لئے استعمال کرنا مشکل ہے۔ درخواستیں کیمیائی بخارات جمع کرنے سے دھات کی سطح پر دسیوں سینٹی میٹر کے سائز کے ساتھ گرافین کے نمونے اگ سکتے ہیں۔ اگرچہ مستقل واقفیت والا علاقہ صرف 100 مائکرون [3،4] ہے ، لیکن یہ کچھ ایپلی کیشنز کی پیداوار کی ضروریات کے لئے موزوں رہا ہے۔ ایک اور عام طریقہ یہ ہے کہ سلیکن کاربائڈ (ایس آئی سی) کرسٹل کو ویکیوم میں 1100 سے زیادہ تک گرم کیا جائے ، تاکہ سطح کے قریب سلیکن ایٹم بخارات بن جائیں ، اور بقیہ کاربن جوہری دوبارہ ترتیب دیئے جائیں ، جو اچھی خصوصیات کے ساتھ گرافین کے نمونے بھی حاصل کرسکتے ہیں۔

گرافین ایک نیا مواد ہے جس میں منفرد خصوصیات ہیں: اس کی بجلی کی چالکتا تانبے کی طرح عمدہ ہے ، اور اس کی تھرمل چالکتا کسی بھی معلوم مواد سے بہتر ہے۔ یہ بہت شفاف ہے۔ عمودی واقعے کا صرف ایک چھوٹا سا حصہ (2.3 ٪) نظر آنے والی روشنی کو گرافین کے ذریعہ جذب کیا جائے گا ، اور زیادہ تر روشنی گزر جائے گی۔ یہ اتنا گھنا ہے کہ یہاں تک کہ ہیلیم ایٹم (سب سے چھوٹے گیس کے مالیکیول) بھی نہیں گزر سکتے ہیں۔ یہ جادوئی خصوصیات گریفائٹ سے براہ راست وراثت میں نہیں ہیں ، بلکہ کوانٹم میکانکس سے نہیں ہیں۔ اس کی منفرد برقی اور آپٹیکل خصوصیات اس بات کا تعین کرتی ہیں کہ اس کے اطلاق کے وسیع امکانات ہیں۔

اگرچہ گرافین صرف دس سال سے بھی کم عرصے سے نمودار ہوا ہے ، اس نے بہت ساری تکنیکی درخواستیں دکھائی ہیں ، جو طبیعیات اور مادی سائنس کے شعبوں میں بہت کم ہے۔ عام مواد کو لیبارٹری سے حقیقی زندگی میں منتقل ہونے میں دس سال یا اس سے بھی کئی دہائیوں سے بھی زیادہ وقت لگتا ہے۔ گرافین کا کیا استعمال ہے؟ آئیے دو مثالوں کو دیکھیں۔

نرم شفاف الیکٹروڈ
بہت سے بجلی کے آلات میں ، شفاف کوندکٹو مواد کو الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔ الیکٹرانک گھڑیاں ، کیلکولیٹرز ، ٹیلی ویژن ، مائع کرسٹل ڈسپلے ، ٹچ اسکرینیں ، شمسی پینل اور بہت سے دوسرے آلات شفاف الیکٹروڈ کے وجود کو نہیں چھوڑ سکتے ہیں۔ روایتی شفاف الیکٹروڈ انڈیم ٹن آکسائڈ (آئی ٹی او) کا استعمال کرتا ہے۔ انڈیم کی زیادہ قیمت اور محدود فراہمی کی وجہ سے ، مواد ٹوٹنے والا اور لچک کی کمی ہے ، اور الیکٹروڈ کو خلا کی درمیانی پرت میں جمع کرنے کی ضرورت ہے ، اور لاگت نسبتا high زیادہ ہے۔ ایک طویل عرصے سے ، سائنس دان اس کے متبادل کو تلاش کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ شفافیت ، اچھی چالکتا اور آسان تیاری کی ضروریات کے علاوہ ، اگر خود مادے کی لچک اچھی ہو تو ، یہ "الیکٹرانک پیپر" یا دیگر فولڈ ایبل ڈسپلے ڈیوائسز بنانے کے لئے موزوں ہوگا۔ لہذا ، لچک بھی ایک بہت ہی اہم پہلو ہے۔ گرافین ایسا مواد ہے ، جو شفاف الیکٹروڈ کے لئے بہت موزوں ہے۔

جنوبی کوریا میں سیمسنگ اور چینگجنگوان یونیورسٹی کے محققین نے کیمیکل بخارات جمع کرنے کے ذریعہ 30 انچ کی اخترن لمبائی کے ساتھ گرافین حاصل کیا اور اسے گرافین پر مبنی ٹچ اسکرین تیار کرنے کے لئے 188 مائکرون موٹی پولی تھیلین ٹیرفیتھلیٹ (پی ای ٹی) فلم میں منتقل کردیا [4]۔ جیسا کہ نیچے دیئے گئے اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے ، تانبے کے ورق پر اگائے جانے والے گرافین کو پہلے تھرمل سٹرپنگ ٹیپ (نیلے رنگ کا شفاف حصہ) کے ساتھ پابند کیا جاتا ہے ، پھر تانبے کی ورق کیمیائی طریقہ کار سے تحلیل ہوجاتی ہے ، اور آخر کار گرافین کو پیٹ فلم میں گرم کرکے منتقل کیا جاتا ہے۔ .

نیا فوٹو الیکٹرک انڈکشن کا سامان
گرافین میں بہت ہی منفرد آپٹیکل خصوصیات ہیں۔ اگرچہ ایٹموں کی صرف ایک پرت ہے ، لیکن یہ پوری طول موج میں خارج ہونے والی روشنی میں 2.3 ٪ روشنی کو جذب کرسکتا ہے جس کی حد سے زیادہ روشنی سے لے کر اورکت تک۔ اس نمبر کا گرافین کے دوسرے مادی پیرامیٹرز سے کوئی لینا دینا نہیں ہے اور اس کا تعین کوانٹم الیکٹروڈینیامکس [6] کے ذریعہ کیا جاتا ہے۔ جذب شدہ روشنی کیریئر (الیکٹران اور سوراخ) کی نسل کا باعث بنے گی۔ گرافین میں کیریئر کی نسل اور نقل و حمل روایتی سیمیکمڈکٹرز سے بہت مختلف ہے۔ اس سے گرافین الٹرااسٹ فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات کے ل very بہت موزوں ہوتا ہے۔ ایک اندازے کے مطابق اس طرح کے فوٹو الیکٹرک انڈکشن کا سامان 500GHz کی فریکوئنسی پر کام کرسکتا ہے۔ اگر یہ سگنل ٹرانسمیشن کے لئے استعمال ہوتا ہے تو ، یہ 500 بلین زیرو یا فی سیکنڈ میں منتقل کرسکتا ہے ، اور ایک سیکنڈ میں دو بلو رے ڈسکس کے مندرجات کی ترسیل کو مکمل کرسکتا ہے۔

ریاستہائے متحدہ میں آئی بی ایم تھامس جے واٹسن ریسرچ سنٹر کے ماہرین نے فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائسز تیار کرنے کے لئے گرافین کا استعمال کیا ہے جو 10GHz فریکوینسی [8] پر کام کرسکتے ہیں۔ سب سے پہلے ، گرافین فلیکس کو "ٹیپ پھاڑنے کا طریقہ" کے ذریعہ 300 ینیم موٹی سلکا سے ڈھکے سلیکن سبسٹریٹ پر تیار کیا گیا تھا ، اور پھر پیلیڈیم سونے یا ٹائٹینیم سونے کے الیکٹروڈ 1 مائکرون کے وقفے کے ساتھ اور اس پر 250 این ایم کی چوڑائی کی گئی تھی۔ اس طرح سے ، گرافین پر مبنی فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائس حاصل کیا جاتا ہے۔

گرافین فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات اور اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ (SEM) کی اصل نمونوں کی تصاویر کا اسکیمیٹک ڈایاگرام۔ اعداد و شمار میں کالی شارٹ لائن 5 مائکرون سے مساوی ہے ، اور دھات کی لکیروں کے درمیان فاصلہ ایک مائکرون ہے۔

تجربات کے ذریعہ ، محققین نے پایا کہ یہ میٹل گرافین میٹل ڈھانچہ فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائس زیادہ سے زیادہ 16GHz کی ورکنگ فریکوئنسی تک پہنچ سکتا ہے ، اور طول موج کی حد میں 300 ینیم (الٹرا وایلیٹ کے قریب) سے 6 مائکرون (اورکت) تک تیز رفتار سے کام کرسکتا ہے ، جبکہ روایتی فوٹو الیکٹرک انڈکشن ٹیوب لمبی طول موج کے ساتھ اورکت روشنی کا جواب نہیں دے سکتی ہے۔ گرافین فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات کی ورکنگ فریکوئنسی میں ابھی بھی بہتری کے لئے عمدہ گنجائش ہے۔ اس کی اعلی کارکردگی سے اس میں اطلاق کے امکانات کی ایک وسیع رینج ہوتی ہے ، بشمول مواصلات ، ریموٹ کنٹرول اور ماحولیاتی نگرانی۔

منفرد خصوصیات کے حامل ایک نئے مواد کی حیثیت سے ، گرافین کے اطلاق پر تحقیق ایک کے بعد ایک ابھر رہی ہے۔ ہمارے لئے یہاں ان کی گنتی کرنا مشکل ہے۔ مستقبل میں ، گرافین سے بنی فیلڈ اثر ٹیوبیں ، گرافین سے بنی مالیکیولر سوئچز اور روز مرہ کی زندگی میں گرافین سے بنے ہوئے مالیکیولر ڈٹیکٹرز… گرافین جو لیبارٹری سے آہستہ آہستہ نکلتی ہیں وہ روز مرہ کی زندگی میں چمک اٹھیں گی۔

ہم توقع کرسکتے ہیں کہ گرافین کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹرانک مصنوعات کی ایک بڑی تعداد مستقبل قریب میں ظاہر ہوگی۔ اس کے بارے میں سوچئے کہ یہ کتنا دلچسپ ہوگا کہ اگر ہمارے اسمارٹ فونز اور نیٹ بوکس کو رول کیا جاسکتا ہے ، ہمارے کانوں پر لپٹ سکتا ہے ، ہماری جیبوں میں بھرا ہوا ہے ، یا جب استعمال میں نہیں ہے تو ہماری کلائیوں میں لپیٹا جاتا ہے!