ग्राफीन क्या है और यह क्या कर सकता है?

यदि आप पिछले एक दशक में किसी विज्ञान पत्रिका के पास कहीं भी रहे हैं, तो आप ग्राफीन के बारे में किसी न किसी रूप में अतिशयोक्तिपूर्ण होंगे - द्वि-आयामी आश्चर्य सामग्री जो कंप्यूटिंग से बायोमेडिसिन में सब कुछ बदलने का वादा करती है।

कुछ उल्लेखनीय गुणों के लिए धन्यवाद, ग्राफीन के अनुप्रयोगों के बारे में बहुत प्रचार है। यह इंसान के बाल से 10 लाख गुना पतला है लेकिन स्टील से 200 गुना ज्यादा मजबूत है। यह लचीला है, लेकिन एक आदर्श अवरोध के रूप में कार्य कर सकता है, और बिजली का एक उत्कृष्ट संवाहक है। उन सभी को एक साथ रखें और आपके पास संभावित क्रांतिकारी अनुप्रयोगों की भीड़ के साथ एक सामग्री है।

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ग्राफीन क्या है?

ग्रैफेन कार्बन है, लेकिन एक परमाणु मोटी छत्ते की जाली में। यदि आप अपने पुराने रसायन विज्ञान के पाठों पर वापस पहुँचते हैं, तो आपको याद होगा कि पूरी तरह से कार्बन से बनी सामग्री में बहुत भिन्न गुण हो सकते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि इसके परमाणुओं की व्यवस्था कैसे की जाती है (विभिन्न आवंटन)। उदाहरण के लिए, आपकी पेंसिल लेड में ग्रेफाइट आपकी सगाई की अंगूठी में कठोर और पारदर्शी हीरे की तुलना में नरम और गहरा होता है। मानव निर्मित कार्बन संरचनाएं अलग नहीं हैं; गेंद के आकार का बकमिनस्टरफुलरीन कार्बन नैनोट्यूब की कुंडलित व्यवस्था के लिए अलग तरह से कार्य करता है।

ग्राफीन एक हेक्सागोनल जाली में कार्बन परमाणुओं की एक शीट से बना होता है। उपरोक्त में से, यह ग्रेफाइट के रूप में सबसे करीब है, लेकिन जबकि यह सामग्री कमजोर इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड द्वारा परत-दर-परत कार्बन की दो-आयामी शीट से बनाई गई है, ग्रेफीन केवल एक-शीट मोटी है। यदि आप ग्रेफाइट से कार्बन की एक एकल, एक-परमाणु-उच्च परत छीलने में सक्षम थे, तो आपके पास ग्रैफेन होगा।

ग्रेफाइट में कमजोर अंतर-आणविक बंधन इसे नरम और परतदार बनाते हैं, लेकिन कार्बन बांड स्वयं मजबूत होते हैं। इसका मतलब है कि केवल उन कार्बन बॉन्ड से बनी एक शीट मजबूत होती है - सबसे मजबूत स्टील की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक, जबकि एक ही समय में लचीली और पारदर्शी होती है।

ग्रैफेन को लंबे समय से सिद्धांतित किया गया है, और जब तक लोग ग्रेफाइट पेंसिल का उपयोग कर रहे हैं तब तक गलती से कम मात्रा में उत्पादित किया गया है। हालांकि, इसका मुख्य अलगाव और खोज, 2014 में मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में आंद्रे गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव के काम पर टिकी हुई है। कथित तौर पर दोनों वैज्ञानिकों ने शुक्रवार की रात के प्रयोग किए, जहां वे अपने दिन के काम के बाहर विचारों का परीक्षण करेंगे। इनमें से एक सत्र के दौरान, शोधकर्ताओं ने ग्रेफाइट की एक गांठ से कार्बन की पतली परतों को हटाने के लिए स्कॉच टेप का इस्तेमाल किया। अनुसंधान के इस अग्रणी टुकड़े ने अंततः ग्रैफेन के व्यावसायिक उत्पादन का नेतृत्व किया।

2010 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीतने के बाद, गीम और नोवोसेलोव ने नोबेल संग्रहालय को टेप डिस्पेंसर दान कर दिया।

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ग्राफीन का उपयोग किस लिए किया जा सकता है?

ध्यान देने वाली एक महत्वपूर्ण बात यह है कि वैज्ञानिक ग्राफीन के आधार पर सभी प्रकार की सामग्री विकसित कर रहे हैं। इसका मतलब यह है कि शायद ग्रैफेन के बारे में सोचना बेहतर है, वैसे ही हम प्लास्टिक के बारे में सोचते हैं। अनिवार्य रूप से, ग्रैफेन के आगमन में सामग्री की एक पूरी नई श्रेणी का नेतृत्व करने की गुंजाइश है, न कि केवल एक नई सामग्री।

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अनुप्रयोगों के संदर्भ में, बायोमेडिसिन और इलेक्ट्रॉनिक्स से लेकर फसल सुरक्षा और खाद्य पैकेजिंग जैसे क्षेत्रों में अनुसंधान किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, ग्रैफेन की सतह संपत्ति को संशोधित करने में सक्षम होने के कारण, यह दवा वितरण के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री बना सकता है, जबकि सामग्री की चालकता और लचीलापन टचस्क्रीन सर्किटरी या फोल्ड करने योग्य पहनने योग्य उपकरणों की एक नई पीढ़ी की शुरुआत कर सकती है।

तथ्य यह है कि ग्रैफेन तरल पदार्थ और गैसों के लिए एक आदर्श बाधा बनाने में सक्षम है, इसका मतलब यह है कि इसका उपयोग अन्य सामग्रियों के साथ किसी भी संख्या में यौगिकों और तत्वों को फ़िल्टर करने के लिए भी किया जा सकता है - जिसमें हीलियम भी शामिल है, जो अवरुद्ध करने के लिए एक असाधारण कठिन गैस है। जब उद्योग की बात आती है तो इसमें कई प्रकार के अनुप्रयोग होते हैं, लेकिन यह जल निस्पंदन के आसपास की पर्यावरणीय आवश्यकताओं के लिए भी बहुत उपयोगी साबित हो सकता है।

ग्रैफेन के बहुआयामी गुण मिश्रित उपयोगों की एक बड़ी मात्रा में दरवाजे खोलते हैं। हालांकि इस बात पर बहुत विचार किया गया है कि यह पहले से मौजूद तकनीकों को कैसे बढ़ावा दे सकता है, इस क्षेत्र में निरंतर प्रगति अंततः पूरे नए क्षेत्रों को जन्म देगी जो पहले असंभव होती। क्या हम एयरोस्पेस इंजीनियरिंग की एक पूरी नई श्रेणी को उभरते हुए देख सकते हैं? संवर्धित वास्तविकता ऑप्टिकल प्रत्यारोपण के बारे में क्या? इसे देखने से, २१वीं सदी वह है जब हम इसका पता लगाएंगे।