گرافن و آینده صنعت فناوری!

مجله آنلاین موبنا؛ محمدمهدی حیدرپور –  گرافن به عنوان ماده شگفت انگیز قرن بیست و یکم شناخته می شود. اما گرافن بعنوان قوی‌ترین، باریک‌ترین و رساناترین ماده جهان چیست و چرا به این اندازه اهمیت دارد؟ گرافن توسط کنستانتین نووسلو و آندره جیم در سال 2004 در دانشگاه منچستر کشف و تولید شد. هر دو دانشمند جایزه نوبل را به واسطه اقدام های پیشگامانه خود در سال 2010 دریافت کردند و از آن زمان مسابقه تجاری‌سازی گرافن در قالب ماده ای صنعتی آغاز شده است.

گرافن ماده ای فوق العاده نازک، فوق العاده قدرتمند و فوق العاده انعطاف پذیر است و بهتر از مس می تواند رسانای الکتریسیته بوده و بهتر از هر ماده دیگر شناخته شده در رسانایی حرارتی می تواند گرما را انتقال دهد. ورقه های تقریبا شفاف مولکول های گرافیت کربن تنها یک اتم ضخامت دارند و ورقه های گرافن بعنوان شبکه سیمی شش ضلعی ساخته شده از اتم های کربن توصیف می شوند.

گرافن در فناوری

در صنعتی که ضخامت تلفن های هوشمند بر مبنای میلیمتر مقایسه می شود، گرافن می تواند ماده ای فوق العاده جذاب باشد. به گفته دکتر کوین کوران، عضو ارشد موسسه مهندسان برق و الکترونیک، برآوردهای صورت گرفته نشان می دهند یک میلیون ورق گرافن تنها یک میلیمتر ضخامت دارد. در دنیای امروز، هر فناوری که بتواند اصلاحات میلیمتری در یک گجت انجام دهد بسیار ارزشمند است.

به تلفن های انعطاف پذیر، رایانش فوق العاده کارآمد سرعت بالا، و دستگاه های پوشیدنی کاملا منعطف فکر کنید. نمایشگرهای انعطاف پذیر در دستگاه های پوشیدنی واقعی از این پتانسیل برخوردار هستند تا دنیای فناوری های پوشیدنی را با تغییرات اساسی مواجه سازند. گرافن شفاف است و می تواند درهای بازار را به سوی دستگاه های پوشیدنی کاملا جدید باز کرده و تمامی آنها از سبکی فوق العاده این ماده سود خواهند برد. البته در نظر داشته باشید که با وجود سبکی، گرافن 200 برابر قوی‌تر از فولاد است.

با این وجود، شاید بزرگترین پیشرفتی که گرافن می تواند زمینه ساز آن باشد به عمر باتری دستگاه های الکترونیکی قابل حمل باز می گردد. گرافن از پتانسیل افزایش 10 برابری ظرفیت الکتریکی باتری های لیتیومی نسبت به نمونه های فعلی برخوردار است. در نتیجه باتری تلفن های هوشمند بین هر بار شارژ می تواند یک هفته دوام بیاورد و حتی یک کتابخوان کیندل تا یک سال بدون شارژ باتری کار کند.

آینده انعطاف پذیر گرافن

گرافن در زمینه فناوری های پوشیدنی و اینترنت اشیا حرف های زیادی برای گفتن دارد. گرافن رسانایی برچسب های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) را به میزان 50 برابر افزایش می دهد. چنین برچسب هایی به طور فزاینده برای انتقال بی سیم داده، ردیابی موقعیت مکانی بار، کودکان و حیوانات خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

رایانش فوق سریع

گرافن می تواند ارتباطات را نیز متحول سازد. در حال حاضر، پژوهشگران سرعت های باورنکردنی 100 برابر سرعت فعلی اینترنت در انتقال اطلاعات را نشان داده اند. به گفته کوین کوران، در حال حاضر سوئیچ های نوری که مسیر اطلاعات در کابل های نوری را مشخص می کنند طی چند پیکوثانیه – حدود یک تریلیونم ثانیه پاسخ می دهند. با استفاده از گرافن، این ارقام می تواند به یک صد فمتوثانیه ارتقا یابد که تقریبا 100 برابر سریع‌تر است.

الکترون ها می توانند در امتداد گرافن تقریبا با سرعت نور، تقریبا 250 برابر سریع‌تر از سرعت حرکت آنها در سیلیکون، سفر کنند. اما برای جایگزینی سیلیکون با گرافن دانشمندان نیازمند برطرف کردن مشکل وضعیت خاموش-روشن هستند که می تواند سال ها طول کشیده و ممکن است امکان پذیر نباشد. در حال حاضر، خاموش کردن ترانزیستورهای گرافنی دشوار است و این مشکلی بزرگ محسوب می شود زیرا در دستگاه های الکترونیک دیجیتال نیازمند وضعیت خاموش برای قطع جریان جاری و حذف هرگونه اتلاف هنگامی که ترانزیستور در موقعیت خاموش قرار دارد، هستیم.

کمیاب و پر هزینه

گرافن یک ماده است و یک فناوری محسوب نمی شود. توسعه فناوری خوب از مواد جدید نیز زمان‌بر است و از این رو دانشمندان معتقدند تجاری سازی گسترده‌تر گرافن با ظهور کاربردهای جدید که به خوبی از ویژگی های منحصر به فرد این ماده بهره می برند، رخ خواهد داد. گذار از شکل آزمایشگاهی به دنیای واقعی به توسعه فرآیندهای صنعتی موثر و مقرون به صرفه وابسته است.

در حال حاضر، تولید گرافن دشوار است و همچنین به عنوان ماده ای بالقوه خطرناک نیز شناخته می شود. همچنین منابع تامین این ماده کمیاب و محدود هستند. اگرچه تولیدکنندگان گرافیت در کره جنوبی، هند، مکزیک، اکراین، کره شمالی، برزیل، ترکیه و جمهوری چک وجود دارند اما بیشتر معادن گرافیت در چین قرار دارند و به واسطه افزایش تقاضا، قیمت ها نیز طی سال های گذشته سه برابر شده است.

اما روند افزایشی قیمت مانعی در مسیر ثبت 10 هزار پتنت مرتبط با گرافن، ماده شگفت انگیزی که می تواند در هر چیزی از باتری خودروهای الکتریکی و هواپیما تا شارژرهای سریع تلفن همراه، دستگاه های پزشکی، تجهیزات ورزشی و حتی ساختمان های فوق بلند بکار گرفته شود، نشده است. با این وجود، پتانسیل واقعی گرافن تا زمانی که دانشمندان بر مشکلاتی همچون چگونگی تولید انبوه غلبه نکنند همواره در حالت نظریه باقی خواهد ماند.