| مترجم : | مهرداد معینی |
| کلید واژه : | |
| چکیده : | گرافین عنصری اعجاب‌انگیز که می‌تواند مسیر زندگی ما را در آینده تغییر دهد |
| منابع : | ساینس |
هنوز این ماده قدرتمند برای استفاده در دسترس ما قرار نگرفته است، اما می‌تواند فناوری آینده ما را به شدت تحت تاثیر خود قرار دهد. گرافین، کربن خالصی با ضخامت به اندازه یک اتم بوده و در زمان ساخت صفحاتی از جنس آن، از شفافیت بالایی برخوردار است. این ماده 200 بار مستحکم‌تر از فولاد و 60هزار بار نازک‌تر از یک کاغذ کادویی می‌باشد. گرافین همچنین یک هادی خوب برای انتقال انرژی به شمار می‌آید. این ماده از منابع کربنی منحصر به فردی ساخته شده و از کاربرد وسیعی برخوردار است.
چگونه ممکن است ماده‌ای از چنین ویژگی‌هایی برخوردار باشد. هنگامی‌که شما در اینترنت این ماده را جست‌وجو می‌کنید، تصویری که معمولا از آن ارائه می‌شود شبکه‌ای مولکولی است که شباهت زیادی به یک کندوی عسل یا حصار یک مرغداری دارد. در حقیقت، ارائه یک چنین توصیفی از این ماده شاید بهترین راه برای درک و شناخت ویژگی‌های غیرقابل وصف آن است. این ماده از ساختاری بی‌اندازه قدرتمند و کارآمد برخوردار است. حتی این ماده توانایی آن را دارد تا خود را مرمت کند، اما به صورت دوبعدی. گرافین از لحاظ شیمیایی واکنش‌پذیرترین کربن در نوع خود به شمار می‌آید که این ویژگی آن را بدل به یک هادی مناسب، قابل‌انعطاف و همچنین قدرتمند می‌کند.از آنجایی‌که گرافین در سال 2003 جداسازی شد، شرکت‌های بزرگی چون اپل، آی.بی.ام، لاکهید مارتین و غیره برای بهره‌برداری از خواص گوناگون آن به ثبت اختراعات گوناگونی همت گماشتند. به گفته شرکت مشاوره ثبت اختراعات انگلیس، کشور چین با بیش از 2200 ثبت اختراع از این ماده رتبه اول را در اختیار دارد و به دنبال آن ایالات متحده با بیش از 1700 مورد و کره جنوبی با 1200 مورد قرار گرفته‌اند. هنوز برای آنکه این ماده از لحاظ تجاری مقرون به صرفه باشد، مسیری طولانی در برابر ما قرار دارد، اما با در نظر گرفتن این واقعیت که این ماده می‌تواند تا چه اندازه برای ما مفید باشد، طی این مسیر می‌تواند بسیار ارزشمند باشد.
کاربردهایی ارزشمند
1ـ باتری‌ها: احتمالا بزرگ‌ترین مانع بر سر راه استفاده از تلفن‌های همراه نیاز مستمر آنها به شارژ کردن باتری‌ها است. اما از سال 2011 و در زمانی که مهندسان دانشگاه نورت وسترن موفق به کشف آندهای گرافینی در عوض آندهای گرافیتی برای ذخیره‌سازی انرژی شدند که می‌توانستند تا ده برابر سریع‌تر باتری‌ها را شارژ کند، محققان را بر آن داشت تا با تلاشی مضاعف با ترکیبات این ماده خود را مشغول کنند. ماده‌ای که نه تنها مقرون به صرفه بوده، بلکه به مراتب از قدرت و توان بیشتری برخوردار بود.
در ماه می امسال، محققان دانشگاه رایس متوجه شدند که گرافین در ترکیب با اکسید وانادیوم (یک محلول تقریبا ارزان قیمت) می‌تواند باتری‌ها را مجهز به کاتدهایی کند که در عرض بیست ثانیه شارژ شوند و گذشته از این، بعد از هزار بار شارژ و خالی شدن باتری، هنوز بیش از نود درصد از ظرفیت خود را حفظ کند.
2ـ مدارات رایانه: در سال گذشته، مهندسان دانشگاه‌های ام.آی.تی و هاروارد موفق شدند تا از گرافین آن هم در ابعاد نانو الگوبرداری کنند که می‌توانستند از این طریق از این ماده در مدارات الکترونیکی استفاده کنند. البته لازم به ذکر است که تا قبل از جایگزینی تراشه‌های سیلیکونی که هم اکنون در ساخت رایانه‌ها از آنها استفاده می‌شود با انواع گرافینی آن به آزمایش‌ها و تحقیقات بیشتری نیاز است.
روش‌های به کار گرفته شده در این زمینه هنوز تجربی و گران‌قیمت است، اما پتانسیل تولید و ساخت قطعات الکترونیکی از جنس گرافین را نمی‌توان نادیده گرفت.
3-تلفن‌های همراه: به غیر از باتری‌ها و تراشه‌های رایانه‌ای، از این ماده می‌توان در ساخت تلفن‌های همراه نیز استفاده کرد. از این ماده می‌توان در ساخت تلفن‌های همراه ضد ضربه سود جست. کاربران می‌توانند به راحتی آنها را خم کرده ودر جیب لباس‌های خود قرار دهند. از این ماده می‌توان در تولید محفظه‌های فلزی سخت و محکم نیز استفاده کرد، اگرچه از قابلیت انعطاف‌پذیری خوبی نیز برخوردار است آن هم حتی در نمایشگرهای لمسی.
4ـ سلول‌های انرژی: گرافین می‌تواند به خوبی از عهده مهار انرژی برآید. تولید باتری‌هایی مناسب برای تلفن‌های همراه و ساعت‌ها گونه‌ای از توانمندی‌های این ماده به شمار می‌آید، اما بهره‌گیری از این ماده آن هم در ابعادی وسیع‌تر همچون کسب انرژی خورشیدی و الکتریکی بخش دیگری از قابلیت‌های گوناگون آن را به ما نشان می‌دهد.
در سال گذشته، مهندسان دانشگاه فنی میشیگان متوجه شدند که گرافین می‌تواند در عوض پلاتینیوم، عنصری کلیدی در سلول‌های خورشیدی، آنها را تغذیه کند. اما تقریبا سی گرم از این ماده قیمتی برابر با 1500 دلار دارد. با داشتن ساختار مولکولی خاص خود، این ماده می‌تواند به خوبی‌از عهده مهار انرژی خورشیدی برآمده و بدون آن که بازدهی خود را از دست دهد انرژی خورشیدی را منتقل کند.
5ـ کاربرد در بافت‌های زنده: در تاریخ 2012، نشریه نیچر پیش‌بینی کرد که گرافین می‌تواند در تولید کاشت بیونیکی مورد استفاده قرار گیرد. اما اخیرا دکتر آراویند ویجاراقاوان از دانشگاه منچستر اظهار داشت که گرافین می‌تواند با سیستم‌های بیولوژیکی ارتباط برقرار کرده یا به گونه‌ای با سلول‌ها صحبت کند، اقدامی که می‌تواند انقلابی بزرگ را در پی‌داشته باشد. گرافین ماده‌ای نیست که قابلیت صحبت کردن را داشته باشد. اما در هر حال نمی‌توان قابلیت‌های آن را در سیستم‌های بیولوژیکی نادیده انگاشت.
در کنار قطعات الکترونیکی، این ماده از کاربردهای زیادی برخوردار است. از آنجایی که ویژگی‌های این ماده در زمان ترکیب با مواد دیگری همچون گازها، فلزات و دیگر منابع کربنی آشکار می‌شود، محققان تلاش می‌کنند تا با استفاده از این ماده به ساخت لوازمی از قبیل آنتن‌ها، فیلترهای آب شور، پنجره‌ها، رنگ‌ها، بال‌های هواپیما، راکت‌های تنیس، لاستیک‌های خودرو، جوهر و غیره همت گمارند.
پی نوشت:
* پلاتین یکی از عناصر شیمیایی و از گونه فلزات است. این ماده از واکنش‌پذیری کمی برخوردار است و در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. بیشترین استفاده از این عنصر در ساخت مبدل‌های کاتالیست و جواهرات است.
* بیونیک به معنای شبیه زندگی است. برخی این واژه را ترکیبی‌از بیولوژی و الکترونیک می‌دانند. در ابتدا از بیونیک فقط در زمینه‌هایی استفاده می‌شد که به بررسی ماشین‌هایی می‌پرداخت که بر اساس سیستم‌های زنده طراحی شده بودند. اما امروزه این واژه در زمینه‌های دیگری از جمله ماشینی شدن انسان یا کمک به انسان‌ها برای آسان زندگی کردن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
منبع: مجله دانشمند شماره 612 مهر 1393