گرافین کا استعمال کیا ہے؟درخواست کے دو کیسز آپ کو گرافین کے اطلاق کے امکانات کو سمجھنے دیتے ہیں۔

2010 میں، Geim اور Novoselov نے گرافین پر ان کے کام کے لیے طبیعیات کا نوبل انعام جیتا تھا۔اس ایوارڈ نے بہت سے لوگوں پر گہرے نقوش چھوڑے ہیں۔بہر حال، ہر نوبل انعام کا تجرباتی ٹول چپکنے والی ٹیپ کی طرح عام نہیں ہے، اور ہر تحقیقی چیز اتنی جادوئی اور سمجھنے میں آسان نہیں ہے جتنا کہ "دو جہتی کرسٹل" گرافین۔2004 میں ہونے والے کام کو 2010 میں نوازا جا سکتا ہے جو حالیہ برسوں میں نوبل انعام کے ریکارڈ میں نایاب ہے۔

گرافین ایک قسم کا مادہ ہے جو کاربن ایٹموں کی ایک تہہ پر مشتمل ہوتا ہے جو ایک دو جہتی شہد کے چھتے کی ہیکساگونل جالی میں قریب سے ترتیب دیا جاتا ہے۔ہیرے، گریفائٹ، فلرین، کاربن نانوٹوبس اور بے کار کاربن کی طرح، یہ ایک مادہ (سادہ مادہ) ہے جو کاربن عناصر پر مشتمل ہے۔جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے، فلرینز اور کاربن نانوٹوبس کو گرافین کی ایک ہی تہہ سے کسی نہ کسی طرح لپیٹتے ہوئے دیکھا جا سکتا ہے، جو گرافین کی کئی تہوں سے اسٹیک ہوتی ہے۔مختلف کاربن سادہ مادوں (گریفائٹ، کاربن نانوٹوبس اور گرافین) کی خصوصیات کو بیان کرنے کے لیے گرافین کے استعمال سے متعلق نظریاتی تحقیق تقریباً 60 سال تک جاری رہی، لیکن عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ اس طرح کے دو جہتی مادوں کا تنہا وجود میں رہنا مشکل ہے۔ صرف تین جہتی سبسٹریٹ سطح یا گریفائٹ جیسے اندرونی مادوں سے منسلک۔یہ 2004 تک نہیں ہوا تھا کہ آندرے گیم اور ان کے طالب علم کونسٹنٹین نوووسیلوف نے تجربات کے ذریعے گرافین کی ایک تہہ کو گریفائٹ سے نکال دیا کہ گرافین پر تحقیق نے نئی ترقی حاصل کی۔

فلرین (بائیں) اور کاربن نانوٹوب (درمیانی) دونوں کو کسی طرح سے گرافین کی ایک پرت کے ذریعے لپیٹے ہوئے سمجھا جا سکتا ہے، جبکہ گریفائٹ (دائیں) کو وین ڈیر والز فورس کے کنکشن کے ذریعے گرافین کی متعدد تہوں کے ذریعے اسٹیک کیا جاتا ہے۔

آج کل، گرافین کئی طریقوں سے حاصل کیا جا سکتا ہے، اور مختلف طریقوں کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔Geim اور Novoselov نے سادہ طریقے سے گرافین حاصل کیا۔سپر مارکیٹوں میں دستیاب شفاف ٹیپ کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے ہائی آرڈر پائرولائٹک گریفائٹ کے ایک ٹکڑے سے گرافین، کاربن ایٹموں کی موٹی صرف ایک پرت والی گریفائٹ شیٹ کو چھین لیا۔یہ آسان ہے، لیکن کنٹرول کی صلاحیت اتنی اچھی نہیں ہے، اور 100 مائیکرون (ملی میٹر کا دسواں حصہ) سے کم سائز کا گرافین ہی حاصل کیا جا سکتا ہے، جسے تجربات کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن اسے عملی طور پر استعمال کرنا مشکل ہے۔ ایپلی کیشنزکیمیائی بخارات کا ذخیرہ دھات کی سطح پر دسیوں سینٹی میٹر کے سائز کے ساتھ گرافین کے نمونوں کو بڑھا سکتا ہے۔اگرچہ مسلسل واقفیت والا علاقہ صرف 100 مائکرون [3,4] ہے، لیکن یہ کچھ ایپلی کیشنز کی پیداواری ضروریات کے لیے موزوں رہا ہے۔ایک اور عام طریقہ یہ ہے کہ سلیکون کاربائیڈ (SIC) کرسٹل کو خلا میں 1100 ℃ سے زیادہ گرم کیا جائے، تاکہ سطح کے قریب موجود سلیکان ایٹم بخارات بن جائیں، اور کاربن کے باقی ماندہ ایٹموں کو دوبارہ ترتیب دیا جائے، جو اچھی خصوصیات کے ساتھ گرافین کے نمونے بھی حاصل کر سکتے ہیں۔

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

اگرچہ گرافین صرف دس سال سے بھی کم عرصے کے لیے نمودار ہوا ہے، لیکن اس نے بہت سے تکنیکی استعمالات دکھائے ہیں، جو کہ طبیعیات اور مادی سائنس کے شعبوں میں بہت کم ہیں۔عام مواد کو لیبارٹری سے حقیقی زندگی میں منتقل ہونے میں دس سال یا اس سے بھی زیادہ دہائیاں لگتی ہیں۔گرافین کا استعمال کیا ہے؟آئیے دو مثالیں دیکھتے ہیں۔

نرم شفاف الیکٹروڈ
بہت سے برقی آلات میں، شفاف ترسیلی مواد کو الیکٹروڈ کے طور پر استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔الیکٹرانک گھڑیاں، کیلکولیٹر، ٹیلی ویژن، مائع کرسٹل ڈسپلے، ٹچ اسکرین، سولر پینل اور دیگر بہت سے آلات شفاف الیکٹروڈ کے وجود کو نہیں چھوڑ سکتے۔روایتی شفاف الیکٹروڈ انڈیم ٹن آکسائڈ (ITO) استعمال کرتا ہے۔زیادہ قیمت اور انڈیم کی محدود فراہمی کی وجہ سے، مواد ٹوٹنے والا ہے اور لچک کی کمی ہے، اور الیکٹروڈ کو ویکیوم کی درمیانی تہہ میں جمع کرنے کی ضرورت ہے، اور قیمت نسبتاً زیادہ ہے۔ایک طویل عرصے سے سائنسدان اس کا متبادل تلاش کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔شفافیت، اچھی چالکتا اور آسان تیاری کے تقاضوں کے علاوہ، اگر مواد کی لچک خود اچھی ہے، تو یہ "الیکٹرانک پیپر" یا دیگر فولڈ ایبل ڈسپلے ڈیوائسز بنانے کے لیے موزوں ہوگا۔لہذا، لچک بھی ایک بہت اہم پہلو ہے.گرافین ایک ایسا مواد ہے، جو شفاف الیکٹروڈ کے لیے بہت موزوں ہے۔

سام سنگ اور جنوبی کوریا کی چینگجنگوان یونیورسٹی کے محققین نے کیمیائی بخارات جمع کرکے 30 انچ کی ترچھی لمبائی کے ساتھ گرافین حاصل کیا اور اسے گرافین پر مبنی ٹچ اسکرین بنانے کے لیے 188 مائیکرون موٹی پولی تھیلین ٹیریفتھلیٹ (PET) فلم میں منتقل کیا۔جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے، تانبے کے ورق پر اگائے گئے گرافین کو پہلے تھرمل سٹرپنگ ٹیپ (نیلا شفاف حصہ) سے جوڑا جاتا ہے، پھر تانبے کے ورق کو کیمیائی طریقے سے تحلیل کیا جاتا ہے، اور آخر میں گرافین کو گرم کرکے پی ای ٹی فلم میں منتقل کیا جاتا ہے۔ .

فوٹو الیکٹرک انڈکشن کا نیا سامان
گرافین میں بہت منفرد نظری خصوصیات ہیں۔اگرچہ ایٹموں کی صرف ایک پرت ہے، لیکن یہ مرئی روشنی سے لے کر انفراریڈ تک پوری طول موج کی حد میں خارج ہونے والی روشنی کا 2.3 فیصد جذب کر سکتی ہے۔اس نمبر کا گرافین کے دیگر مادی پیرامیٹرز سے کوئی تعلق نہیں ہے اور اس کا تعین کوانٹم الیکٹروڈائنامکس [6] سے ہوتا ہے۔جذب شدہ روشنی کیریئرز (الیکٹران اور سوراخ) کی نسل کا باعث بنے گی۔گرافین میں کیریئرز کی نسل اور نقل و حمل روایتی سیمی کنڈکٹرز سے بہت مختلف ہے۔یہ گرافین کو الٹرا فاسٹ فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات کے لیے بہت موزوں بناتا ہے۔اندازہ لگایا گیا ہے کہ ایسے فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات 500GHz کی فریکوئنسی پر کام کر سکتے ہیں۔اگر اسے سگنل ٹرانسمیشن کے لیے استعمال کیا جائے تو یہ 500 بلین زیرو یا ایک سیکنڈ میں منتقل کر سکتا ہے، اور ایک سیکنڈ میں دو بلو رے ڈسکس کے مواد کی ترسیل مکمل کر سکتا ہے۔

ریاستہائے متحدہ میں IBM تھامس جے واٹسن ریسرچ سینٹر کے ماہرین نے گرافین کو فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائسز بنانے کے لیے استعمال کیا ہے جو 10GHz فریکوئنسی پر کام کر سکتے ہیں [8]۔سب سے پہلے، گرافین فلیکس کو 300 nm موٹی سلیکا سے ڈھکے سلیکون سبسٹریٹ پر "ٹیپ پھاڑنے کے طریقہ کار" کے ذریعے تیار کیا گیا، اور پھر اس پر 1 مائکرون کے وقفے کے ساتھ پیلیڈیم گولڈ یا ٹائٹینیم گولڈ الیکٹروڈ اور 250 این ایم کی چوڑائی بنائی گئی۔اس طرح، گرافین پر مبنی فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائس حاصل کی جاتی ہے۔

گرافین فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات اور اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپ (SEM) حقیقی نمونوں کی تصاویر کا اسکیمیٹک خاکہ۔اعداد و شمار میں سیاہ مختصر لائن 5 مائکرون کے مساوی ہے، اور دھاتی لائنوں کے درمیان فاصلہ ایک مائکرون ہے۔

تجربات کے ذریعے، محققین نے پایا کہ یہ میٹل گرافین میٹل اسٹرکچر فوٹو الیکٹرک انڈکشن ڈیوائس زیادہ سے زیادہ 16GHz کی ورکنگ فریکوئنسی تک پہنچ سکتا ہے، اور طول موج کی حد میں 300 nm (قریب الٹرا وایلیٹ) سے 6 microns (Infrared) تک کام کر سکتا ہے، جبکہ روایتی فوٹو الیکٹرک انڈکشن ٹیوب طویل طول موج کے ساتھ اورکت روشنی کا جواب نہیں دے سکتی۔گرافین فوٹو الیکٹرک انڈکشن آلات کی ورکنگ فریکوئنسی میں اب بھی بہتری کی بہت گنجائش ہے۔اس کی اعلیٰ کارکردگی کی وجہ سے اس میں مواصلات، ریموٹ کنٹرول اور ماحولیاتی نگرانی سمیت ایپلیکیشن کے وسیع امکانات موجود ہیں۔

منفرد خصوصیات کے ساتھ ایک نئے مواد کے طور پر، گرافین کے استعمال پر تحقیق یکے بعد دیگرے سامنے آرہی ہے۔ہمارے لیے یہاں ان کا شمار کرنا مشکل ہے۔مستقبل میں گرافین سے بنی فیلڈ ایفیکٹ ٹیوبیں، گرافین سے بنے مالیکیولر سوئچز اور گرافین سے بنے مالیکیولر ڈیٹیکٹرز روزمرہ کی زندگی میں ہو سکتے ہیں… گرافین جو آہستہ آہستہ لیبارٹری سے نکلے گا روزمرہ کی زندگی میں چمکے گا۔

ہم توقع کر سکتے ہیں کہ مستقبل قریب میں گرافین استعمال کرنے والی الیکٹرانک مصنوعات کی ایک بڑی تعداد نمودار ہوگی۔اس کے بارے میں سوچیں کہ یہ کتنا دلچسپ ہوگا اگر ہمارے اسمارٹ فونز اور نیٹ بکس کو لپیٹ لیا جائے، ہمارے کانوں پر جکڑ لیا جائے، ہماری جیبوں میں بھرا جائے، یا استعمال میں نہ ہونے پر ہماری کلائیوں کے گرد لپیٹا جائے!