กราฟีนคืออะไรและทำอะไรได้บ้าง?

หากคุณเคยอยู่ใกล้วารสารวิทยาศาสตร์ที่ไหนสักแห่งในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา คุณจะพบกับรูปแบบขั้นสูงสุดเกี่ยวกับกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุมหัศจรรย์สองมิติที่สัญญาว่าจะเปลี่ยนทุกอย่างตั้งแต่คอมพิวเตอร์ไปจนถึงชีวการแพทย์

มีโฆษณามากมายเกี่ยวกับการใช้งานของ graphene ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่นจำนวนหนึ่ง บางกว่าเส้นผมมนุษย์ 1 ล้านเท่า แต่แข็งแรงกว่าเหล็ก 200 เท่า มีความยืดหยุ่นแต่สามารถทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่สมบูรณ์แบบ และเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม รวบรวมทั้งหมดนั้นเข้าด้วยกันและคุณมีวัสดุพร้อมแอปพลิเคชั่นที่อาจปฏิวัติวงการมากมาย

กราฟีนคืออะไร?

กราฟีนเป็นคาร์บอน แต่อยู่ในโครงรังผึ้งหนาหนึ่งอะตอม หากคุณย้อนกลับไปดูบทเรียนเคมีแบบเก่า คุณจะจำได้ว่าวัสดุที่ประกอบด้วยคาร์บอนทั้งหมดสามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับวิธีการจัดเรียงอะตอม (อัลโลโทรปที่ต่างกัน) ตัวอย่างเช่น กราไฟต์ในไส้ดินสอของคุณมีความนุ่มและสีเข้มเมื่อเทียบกับเพชรที่แข็งและโปร่งใสในแหวนหมั้นของคุณ โครงสร้างคาร์บอนที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นไม่แตกต่างกัน Buckminsterfullerene รูปลูกบอลทำหน้าที่แตกต่างไปจากการจัดเรียงของท่อนาโนคาร์บอนที่ขดเป็นวง

กราฟีนทำจากแผ่นอะตอมของคาร์บอนในโครงตาข่ายหกเหลี่ยม จากข้างบนนี้ มีรูปแบบใกล้เคียงกับกราไฟต์มากที่สุด แต่ในขณะที่วัสดุนั้นทำมาจากแผ่นคาร์บอนสองมิติที่ยึดชั้นไว้บนชั้นด้วยพันธะระหว่างโมเลกุลที่อ่อน กราฟีนมีความหนาเพียงแผ่นเดียว หากคุณสามารถลอกชั้นคาร์บอนสูงหนึ่งอะตอมออกจากกราไฟท์ได้ คุณจะมีกราฟีนไส้ดินสอ

พันธะระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอในกราไฟต์ทำให้ดูนุ่มนวลและเป็นขุย แต่พันธะคาร์บอนเองก็แข็งแกร่ง ซึ่งหมายความว่าแผ่นที่ประกอบด้วยพันธะคาร์บอนเพียงอย่างเดียวนั้นมีความแข็งแรง – มากกว่าเหล็กกล้าที่แข็งแรงที่สุดประมาณ 200 เท่า ในขณะเดียวกันก็มีความยืดหยุ่นและโปร่งใส

กราฟีนได้รับการสร้างทฤษฎีมาเป็นเวลานาน และผลิตในปริมาณน้อยโดยไม่ได้ตั้งใจตราบเท่าที่ผู้คนใช้ดินสอกราไฟท์ อย่างไรก็ตาม การแยกตัวและการค้นพบหลักๆ ของมันถูกตรึงอยู่กับงานของ Andre Geim และ Konstantin Novoselov ในปี 2014 ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ มีรายงานว่านักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้จัด "การทดลองในคืนวันศุกร์" ซึ่งพวกเขาจะทดสอบแนวคิดนอกงานในตอนกลางวัน ในระหว่างช่วงหนึ่ง นักวิจัยใช้สก๊อตเทปเพื่อขจัดชั้นบาง ๆ ของคาร์บอนออกจากก้อนกราไฟท์ งานวิจัยชิ้นบุกเบิกนี้นำไปสู่การผลิตกราฟีนในเชิงพาณิชย์ในที่สุด

หลังจากที่พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2010 Geim และ Novoselov ได้บริจาคเครื่องจ่ายเทปให้กับพิพิธภัณฑ์โนเบล

กราฟีนใช้ทำอะไรได้บ้าง?

สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งที่ควรทราบคือนักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาวัสดุทุกประเภทที่มีส่วนประกอบของกราฟีน ซึ่งหมายความว่าน่าจะดีกว่าที่จะคิดถึง "กราฟีน" เช่นเดียวกับที่เราคิดเกี่ยวกับพลาสติก โดยพื้นฐานแล้ว การถือกำเนิดของกราฟีนมีขอบเขตที่จะนำไปสู่ประเภทของวัสดุใหม่ทั้งหมด ไม่ใช่แค่วัสดุใหม่เพียงอย่างเดียว

ดูข่าวที่เกี่ยวข้อง ความวุ่นวายคืออะไร? การไขคำถามมูลค่าหลายล้านเหรียญทางฟิสิกส์ 'ฝนเพชร' ที่พบในดาวยูเรนัสได้ถูกสร้างขึ้นใหม่บนโลก – และมันสามารถช่วยแก้ปัญหาวิกฤตด้านพลังงานที่กำลังเติบโตของเรา

ในแง่ของการใช้งาน การวิจัยกำลังดำเนินการในด้านต่างๆ เช่น ชีวการแพทย์และอิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงการป้องกันพืชผลและบรรจุภัณฑ์อาหาร ตัวอย่างเช่น ความสามารถในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นผิวของกราฟีน สามารถทำให้มันเป็นวัสดุที่โดดเด่นสำหรับการนำส่งยา ในขณะที่ค่าการนำไฟฟ้าและความยืดหยุ่นของวัสดุสามารถบอกถึงวงจรหน้าจอสัมผัสรุ่นใหม่หรืออุปกรณ์สวมใส่แบบพับได้

ความจริงที่ว่ากราฟีนสามารถสร้างเกราะป้องกันของเหลวและก๊าซได้อย่างสมบูรณ์แบบ หมายความว่ายังสามารถใช้ร่วมกับวัสดุอื่นๆ เพื่อกรองสารประกอบและองค์ประกอบจำนวนเท่าใดก็ได้ รวมถึงฮีเลียม ซึ่งเป็นก๊าซที่สกัดกั้นได้ยากเป็นพิเศษ มีการใช้งานที่หลากหลายเมื่อพูดถึงอุตสาหกรรม แต่ก็สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์อย่างมากต่อความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับการกรองน้ำ

คุณสมบัติมัลติฟังก์ชั่นของกราฟีนเปิดประตูสู่การใช้คอมโพสิตจำนวนมหาศาล ในขณะที่มีความคิดมากมายเกี่ยวกับวิธีการที่จะเพิ่มเทคโนโลยีที่มีอยู่ก่อนแล้ว ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านนี้ในที่สุดจะนำไปสู่พื้นที่ใหม่ทั้งหมดที่อาจเป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ เราจะได้เห็นวิศวกรรมการบินและอวกาศรูปแบบใหม่ทั้งหมดหรือไม่? แล้วการปลูกถ่ายออปติคัลแบบความจริงเสริมล่ะ? จากรูปลักษณ์ของมัน ศตวรรษที่ 21 เป็นเวลาที่เราจะค้นพบ


$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found