গ্রাফিন কি?

                        

গ্রাফিন কি? পরবর্তী সিলিকন হতে পারে এমন উপাদান সম্পর্কে আপনার যা জানা দরকার তা এখানে
সাইন ব্রুস্টার জুলাই 15, 2013 - ব্লগ পোস্ট

গ্রাফিন, একটি উদীয়মান উপাদান যা ইলেকট্রনিক উপাদান তৈরির পদ্ধতি পরিবর্তন করতে পারে এবং কম্পিউটিং কর্মক্ষমতা বাড়তে সাহায্য করতে পারে, আজকাল গবেষণা জগতের সর্বত্র।

শুধুমাত্র এই মাসে, অগ্রগতিগুলি সুপারিশ করেছে যে এটি ইন্টারনেটের গতি বাড়িয়ে তুলতে পারে, স্পর্শ সংবেদনশীল আবরণ হিসাবে কাজ করতে পারে এবং কম্পিউটারের জীবন বাড়িয়ে দিতে পারে। এটি হীরার চেয়ে শক্তিশালী এবং আবিষ্কৃত যেকোনো উপাদানের চেয়ে বিদ্যুৎ ও তাপকে ভালভাবে পরিচালনা করে এবং ভবিষ্যতে এটি অনেক পণ্য ও প্রক্রিয়ায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে।

গ্রাফিন কি?

গ্রাফিন কার্বন পরমাণুর একক স্তর দিয়ে গঠিত যা ষড়ভুজের পুনরাবৃত্ত প্যাটার্নে একসঙ্গে আবদ্ধ থাকে। গ্রাফিন কাগজের চেয়ে এক মিলিয়ন গুণ পাতলা; এত পাতলা যে এটি আসলে দ্বিমাত্রিক হিসাবে বিবেচিত হয়।

কার্বন একটি অবিশ্বাস্যভাবে বহুমুখী উপাদান। পরমাণুগুলি কীভাবে সাজানো হয় তার উপর নির্ভর করে, এটি শক্ত হীরা বা নরম গ্রাফাইট তৈরি করতে পারে। গ্রাফিনের সমতল মৌচাক প্যাটার্ন এটিকে বিশ্বের সবচেয়ে শক্তিশালী উপাদানের মর্যাদা সহ অনেক অস্বাভাবিক বৈশিষ্ট্য প্রদান করে। কলম্বিয়া ইউনিভার্সিটির মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক জেমস হোন একবার বলেছিলেন যে "এটি এত শক্তিশালী যে এটি একটি পেন্সিলের উপর ভারসাম্যপূর্ণ, সারফ মোড়কের গ্রাফিনের একটি চাদর ভেঙে ফেলার জন্য একটি হাতি লাগবে"।

কার্বন পরমাণুর এই একক স্তর অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ উপকরণের ভিত্তি প্রদান করে। গ্রাফাইট - বা পেন্সিল সীসা - যখন আপনি গ্রাফিন স্ট্যাক করেন তখন গঠিত হয়। কার্বন ন্যানোটিউব, যা আরেকটি উদীয়মান উপাদান, রোল্ড গ্রাফিন দিয়ে তৈরি। এগুলি বাইক, টেনিস রck্যাকেট এবং এমনকি জীবন্ত টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে ব্যবহৃত হয়।

এটি কিভাবে আবিষ্কার করা হয়েছিল?

সম্ভাবনা ভাল যে আপনি আপনার জীবনে অনেকবার গ্রাফিন তৈরি করেছেন। একটি পেন্সিল দিয়ে একটি রেখা আঁকুন এবং গ্রাফিনের ছোট ছোট টুকরো বন্ধ হয়ে যাবে। কিন্তু ২০০০-এর দশকের গোড়ার দিকে ফ্রি-স্ট্যান্ডিং গ্রাফিনকে নির্ভরযোগ্যভাবে বিচ্ছিন্ন করার জন্য কারও কাছে সরঞ্জাম এবং আগ্রহ ছিল না।

গ্রাফিন প্রথম তাত্ত্বিকভাবে 1940 এর দশকে অধ্যয়ন করা হয়েছিল। সেই সময়ে, বিজ্ঞানীরা মনে করেছিলেন যে দ্বি -মাত্রিক উপাদানের অস্তিত্ব শারীরিকভাবে অসম্ভব, তাই তারা গ্রাফিনকে বিচ্ছিন্ন করার চেষ্টা করেনি। কয়েক দশক পরে, আগ্রহ বাড়ে এবং গবেষকরা গ্রাফাইটকে আলাদা করার কৌশলগুলি দেখতে শুরু করেন। তারা গ্রাফিনের স্তরগুলির মধ্যে অণুগুলিকে ভেজানোর চেষ্টা করে এবং গ্রাফাইটকে স্ক্র্যাপ এবং ঘষার চেষ্টা করে, কিন্তু তারা কখনই একটি স্তরে আসেনি। অবশেষে, তারা অন্যান্য উপকরণের উপরে গ্রাফিনকে বিচ্ছিন্ন করতে সক্ষম হয়েছিল, তবে এটি নিজে নয়।

২০০২ সালে, ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষক আন্দ্রে গেইম গ্রাফিনে আগ্রহী হয়ে ওঠেন এবং পিএইচডি ছাত্রকে চ্যালেঞ্জ করেন যে গ্রাফাইটের একটি অংশকে যতটা সম্ভব কয়েকটি স্তরে পলিশ করতে হবে। ছাত্র 1,000 স্তরে পৌঁছাতে সক্ষম হয়েছিল, কিন্তু 10 থেকে 100 স্তরের Geim এর লক্ষ্যটি আঘাত করতে পারেনি। Geim একটি ভিন্ন পদ্ধতির চেষ্টা: টেপ। তিনি এটি গ্রাফাইটের উপর প্রয়োগ করেছিলেন এবং স্তরযুক্ত গ্রাফিনের ফ্লেক্স তৈরির জন্য এটি খোসা ছাড়িয়েছিলেন। আরও টেপের খোসা পাতলা এবং পাতলা স্তর তৈরি করেছে, যতক্ষণ না তার গ্রাফিনের 10 টুকরো পুরু একটি টুকরা ছিল।

জিইমের দল তাদের কৌশল পরিমার্জন করতে কাজ করে এবং শেষ পর্যন্ত কার্বন পরমাণুর একক স্তর তৈরি করে। তারা ২০০ 2004 সালের অক্টোবরে "বিজ্ঞান" এ তাদের ফলাফল প্রকাশ করে। গেইম এবং তার সহকর্মী কোস্ত্যা নভোসেলভ ২০১০ সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পেয়েছিলেন তাদের কাজের জন্য।

যেহেতু টেপ দিয়ে তৈরি সেই প্রথম ফ্লেক্স, গ্রাফিন উত্পাদন দ্রুত গতিতে উন্নত হয়েছে। 2009 সালে, গবেষকরা গ্রাফিনের একটি চলচ্চিত্র তৈরি করতে সক্ষম হন যা 30 ইঞ্চি জুড়ে পরিমাপ করা হয়েছিল।

এটা অস্বাভাবিক কেন?

গ্রাফিনের অদ্ভুত শারীরিক বৈশিষ্ট্যের বিবরণের কারণে গেইম এবং নভোসেলভের কাগজ অন্যান্য বিজ্ঞানীদের কাছে অত্যন্ত আকর্ষণীয় ছিল। ইলেকট্রনগুলি গ্রাফিনের মধ্য দিয়ে অবিশ্বাস্যভাবে দ্রুতগতিতে চলে যায় এবং এমন আচরণ প্রদর্শন করতে শুরু করে যেন তারা ভরহীন, পদার্থবিজ্ঞানের অনুকরণ করে যা অতি ক্ষুদ্র স্কেলে কণাকে নিয়ন্ত্রণ করে।

২০০ a সালের বৈজ্ঞানিক আমেরিকান নিবন্ধে গেইম এবং আরেকটি বিখ্যাত গ্রাফিন গবেষক ফিলিপ কিম লিখেছেন, "কঠিনের ভিতরে এই ধরনের মিথস্ক্রিয়া গ্রাফিনের জন্য অনন্য।" "একটি পেন্সিল থেকে এই অভিনব উপাদানটির জন্য ধন্যবাদ, আপেক্ষিক কোয়ান্টাম মেকানিক্স আর মহাজাগতিক বা উচ্চ-শক্তি পদার্থবিজ্ঞানের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়; এটি এখন পরীক্ষাগারে প্রবেশ করেছে। ”

গ্রাফিনের বিশেষ বৈশিষ্ট্যগুলি অদ্ভুত পদার্থবিজ্ঞানের সাথে থেমে নেই। এটিও:

    পরিবাহী: ইলেকট্রন হল কণা যা বিদ্যুৎ তৈরি করে। সুতরাং যখন গ্রাফিন ইলেকট্রনগুলিকে দ্রুত সরানোর অনুমতি দেয়, তখন এটি বিদ্যুৎকে দ্রুত নড়াচড়া করতে দেয়। এটি ইলেকট্রনগুলিকে সিলিকনের চেয়ে 200 গুণ বেশি গতিশীল বলে জানা যায় কারণ তারা এইরকম সামান্য বাধা দিয়ে ভ্রমণ করে। এটি একটি চমৎকার তাপ পরিবাহক। গ্রাফিন তাপমাত্রা থেকে পরিবাহী স্বাধীন এবং সাধারণত ঘরের তাপমাত্রায় কাজ করে।
    শক্তিশালী: আগেই উল্লেখ করা হয়েছে, গ্রাফিনের একটি চাদর ভেঙে ফেলার জন্য চমৎকার ভারসাম্যযুক্ত একটি হাতি লাগবে। এটি তার অবিচ্ছিন্ন প্যাটার্ন এবং কার্বন পরমাণুর মধ্যে শক্তিশালী বন্ধনের কারণে খুব শক্তিশালী। এমনকি যখন গ্রাফিনের প্যাচগুলি একসঙ্গে সেলাই করা হয়, এটি সেখানে সবচেয়ে শক্তিশালী উপাদান থেকে যায়।
    নমনীয়: গ্রাফিনের কার্বনের মধ্যে সেই শক্তিশালী বন্ধনoms এছাড়াও খুব নমনীয়। এগুলোকে না ভেঙে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে পেঁচানো, টানানো এবং বাঁকা করা যায়, যার মানে গ্রাফিন বাঁকানো এবং প্রসারিতযোগ্য।
    স্বচ্ছ: গ্রাফিন দৃশ্যমান আলোর 2.3 শতাংশ শোষণ করে যা এটিকে আঘাত করে, যার অর্থ আপনি কোন ঝলক মোকাবেলা না করেই এটি দেখতে পারেন।

এটা কি জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে?

দৈনন্দিন জীবনে গ্রাফিনের ব্যবহার খুব বেশি দূরে নয়, কার্বন ন্যানোটিউবগুলির বিদ্যমান গবেষণার অংশ হিসেবে - গ্রাফিনের ঘূর্ণিত, নলাকার সংস্করণ। টিউবগুলি 1991 সালের একটি কাগজ দ্বারা জনপ্রিয় হয়েছিল (সাবস্ক্রিপশন প্রয়োজন) এবং তাদের অবিশ্বাস্য শারীরিক গুণাবলীর জন্য বলা হয়েছিল, যার বেশিরভাগই গ্রাফিনের অনুরূপ। কিন্তু গ্রাফিনের বড় চাদর তৈরি করা সহজ এবং এটি সিলিকনের অনুরূপভাবে তৈরি করা যায়। কার্বন ন্যানোটিউবগুলির জন্য বর্তমান এবং পরিকল্পিত অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশন এখন গ্রাফিনে অভিযোজিত হচ্ছে।

সবচেয়ে বড় উদীয়মান কিছু অ্যাপ্লিকেশন হল:

    সৌর কোষ: সৌর কোষ সূর্যের আলো শোষণের জন্য অর্ধপরিবাহীর উপর নির্ভর করে। সেমিকন্ডাক্টরগুলি সিলিকনের মতো একটি উপাদান দিয়ে তৈরি এবং ইলেকট্রনের দুটি স্তর রয়েছে। এক স্তরে ইলেকট্রন শান্ত থাকে এবং সেমিকন্ডাক্টরের পাশে থাকে। অন্য স্তরে, ইলেকট্রন অবাধে চলাচল করতে পারে, বিদ্যুতের প্রবাহ গঠন করে। হালকা কণা থেকে শান্ত ইলেকট্রনে শক্তি স্থানান্তর করে সৌর কোষ কাজ করে, যা উত্তেজিত হয়ে মুক্ত প্রবাহিত স্তরে ঝাঁপ দেয়, আরো বিদ্যুৎ তৈরি করে। গ্রাফিনের ইলেকট্রনের স্তরগুলি আসলে ওভারল্যাপ হয়, যার অর্থ হল ইলেকট্রনগুলিকে স্তরের মধ্যে ঝাঁপ দেওয়ার জন্য কম হালকা শক্তির প্রয়োজন। ভবিষ্যতে, সেই সম্পত্তি খুব দক্ষ সৌর কোষের জন্ম দিতে পারে। গ্রাফিন ব্যবহার করলে সিলিকনের উপর নির্ভর করে এমন কোষগুলিও হাজার হাজার বার পাতলা এবং হালকা হতে পারে।

    32 ন্যানোমিটারে ইন্টেলের ট্রানজিস্টর। আরো ট্রানজিস্টর সস্তা কম্পিউটিংয়ের পথ সুগম করতে সাহায্য করেছে।
    ট্রানজিস্টর: কম্পিউটার চিপ তাদের সার্কিটে বিদ্যুতের প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করতে কোটি কোটি ট্রানজিস্টরের উপর নির্ভর করে। গবেষণায় বেশিরভাগ ট্রানজিস্টরে প্যাকিং করে চিপগুলিকে আরও শক্তিশালী করার দিকে মনোনিবেশ করা হয়েছে এবং গ্রাফিন অবশ্যই সবচেয়ে পাতলা ট্রানজিস্টরের জন্ম দিতে পারে। কিন্তু ইলেকট্রনের প্রবাহকে গতিশীল করে ট্রানজিস্টরকে আরও শক্তিশালী করা যায় - কণা যা বিদ্যুৎ তৈরি করে। বিজ্ঞান যত ছোট ট্রানজিস্টর হতে পারে তার সীমার কাছাকাছি আসার সাথে সাথে, গ্রাফিন ইলেকট্রনগুলিকে দ্রুত গতিতে সরিয়ে এবং তাদের আকার কয়েকটি পরমাণু বা তার কম করে সীমাটিকে পিছনে ঠেলে দিতে পারে।
    স্বচ্ছ পর্দা: প্লাজমা টিভি এবং ফোনের মতো ডিভাইসগুলি সাধারণত ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড নামে একটি উপাদান দিয়ে আবৃত থাকে। নির্মাতারা সক্রিয়ভাবে এমন বিকল্প খুঁজছেন যা খরচ কমানো এবং ভাল পরিবাহিতা, নমনীয়তা এবং স্বচ্ছতা প্রদান করতে পারে। গ্রাফিন একটি উদীয়মান বিকল্প। এটি অ-প্রতিফলিত এবং খুব স্বচ্ছ প্রদর্শিত হয়। এর পরিবাহিতা টাচস্ক্রিন ডিভাইস তৈরির জন্য এটি একটি আবরণ হিসাবে যোগ্যতা অর্জন করে। যেহেতু গ্রাফিন শক্তিশালী এবং পাতলা উভয়ই, এটি ভেঙে না গিয়ে বাঁকতে পারে, এটি বাঁকানো ইলেকট্রনিক্সের জন্য একটি ভাল ম্যাচ যা শীঘ্রই বাজারে আসবে।

গ্রাফিনের ক্যামেরা সেন্সর, ডিএনএ সিকোয়েন্সিং, গ্যাস সেন্সিং, উপাদান শক্তিশালীকরণ, জল নির্মূলকরণ এবং এর বাইরেও অ্যাপ্লিকেশন থাকতে পারে।

সমালোচনা কি?

সিলিকন এবং আইটিওর মতো উন্নত উপকরণের তুলনায় গ্রাফিন এখনও শিশু পর্যায়ে রয়েছে। এটি ব্যাপকভাবে গৃহীত হওয়ার জন্য, এটি বিদ্যমান উপকরণের সমান বা কম খরচে প্রচুর পরিমাণে উত্পাদনযোগ্য হতে হবে। উদীয়মান রোল-টু-রোল, বাষ্প জমা এবং অন্যান্য উত্পাদন কৌশলগুলি ইঙ্গিত দেয় যে এটি সম্ভব, কিন্তু তারা এখনও প্রতিটি মোবাইল ডিভাইসের স্ক্রিনে গ্রাফিন আনতে প্রস্তুত নয়। গবেষকদের গ্রাফিনের স্বচ্ছতা এবং পরিবাহিতা তার বাণিজ্যিক রূপে উন্নতিতে কাজ চালিয়ে যেতে হবে।
রোল-টু-রোল উত্পাদন গ্রাফিনকে বড় আকারে তৈরি করার অনুমতি দিতে পারে। কোরিয়া বিশ্ববিদ্যালয়

যদিও গ্রাফিন ট্রানজিস্টরগুলির প্রতিশ্রুতি দেখায়, এটি একটি বড় সমস্যা: এটি বিদ্যুতের প্রবাহকে সিলিকনের মতো উপকরণের মতো "বন্ধ" করতে পারে না, যার অর্থ বিদ্যুৎ ক্রমাগত প্রবাহিত হবে। তার মানে গ্রাফিন নিজে ট্রানজিস্টর হিসেবে কাজ করতে পারে না। এই সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে গবেষকরা এখন এটিকে সামঞ্জস্য করার এবং অন্যান্য উপকরণের সাথে একত্রিত করার উপায়গুলি অনুসন্ধান করছেন। একটি টেকনিকের মধ্যে রয়েছে বোরন নাইট্রাইডের একটি স্তর-আরেকটি পরমাণু-পুরু উপাদান-গ্রাফিনের দুটি স্তরের মধ্যে। ফলে ট্রানজিস্টর চালু এবং বন্ধ করা যায়, কিন্তু ইলেকট্রনের গতি কিছুটা ধীর হয়ে যায়। আরেকটি কৌশল গ্রাফিনে অমেধ্য প্রবর্তন করে।

গ্রাফিন তার অনেক সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনের জন্য খুব দেরিতে উঠতে পারে। বৈদ্যুতিক গাড়ির ব্যাটারি এবং কার্বন ফাইবার গ্রাফিন দিয়ে তৈরি করা যেতে পারে, কিন্তু তারা ইতিমধ্যেই যথাক্রমে সক্রিয় কার্বন এবং গ্রাফাইটের উপর নির্ভর করে - দুটি খুব সস্তা উপকরণ। আপাতত গ্রাফিন আরো ব্যয়বহুল থাকবে, এবং নির্মাতাদের সুইচ করতে রাজি করানোর জন্য যথেষ্ট সস্তা নাও হতে পারে।

পৃথিবী গ্রাফিন দিয়ে কী করতে পারে তা অন্বেষণে মাত্র এক দশক। বিপরীতে, সিলিকন প্রায় 200 বছর ধরে রয়েছে। ঝড়ের গতিতে গবেষণা চলছে, আমরা খুব শীঘ্রই গ্রাফিন সর্বব্যাপী হয়ে উঠতে পারে বা পরবর্তী বিস্ময় উপাদান আবিষ্কারের আরেকটি ধাপ জানতে পারব ।