ગ્રાફીનની એપ્લિકેશન

1. મોટા પાયે ઉત્પાદન અને મોટા કદની સમસ્યાઓની ધીમે ધીમે પ્રગતિ સાથે, ગ્રાફીનના ઔદ્યોગિક ઉપયોગની ગતિ ઝડપી થઈ રહી છે. હાલના સંશોધન પરિણામોના આધારે, પ્રથમ વ્યાપારી એપ્લિકેશનો મોબાઇલ ઉપકરણો, એરોસ્પેસ અને નવી ઊર્જા હોઈ શકે છે. બેટરી ક્ષેત્ર. મૂળભૂત સંશોધન ભૌતિકશાસ્ત્રમાં મૂળભૂત સંશોધન માટે ગ્રાફીનનું વિશેષ મહત્વ છે. તે કેટલીક ક્વોન્ટમ અસરોને સક્ષમ કરે છે જે પ્રયોગો દ્વારા ચકાસવામાં આવે તે પહેલાં માત્ર સૈદ્ધાંતિક રીતે દર્શાવી શકાય છે.

2. દ્વિ-પરિમાણીય ગ્રાફીનમાં, ઇલેક્ટ્રોનનો સમૂહ અસ્તિત્વમાં નથી. આ ગુણધર્મ ગ્રાફીનને એક દુર્લભ કન્ડેન્સ્ડ પદાર્થ બનાવે છે જેનો ઉપયોગ સાપેક્ષવાદી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે-કારણ કે દળવિહીન કણો પ્રકાશની ઝડપે આગળ વધવા જોઈએ તેથી, તેનું વર્ણન સાપેક્ષ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ દ્વારા કરવું જોઈએ, જે સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને નવી સંશોધન દિશા પ્રદાન કરે છે: કેટલાક જે પ્રયોગો મૂળ રૂપે વિશાળ કણોના પ્રવેગકમાં હાથ ધરવા જરૂરી હતા તે નાની પ્રયોગશાળાઓમાં ગ્રાફીન વડે હાથ ધરવામાં આવી શકે છે. ઝીરો એનર્જી ગેપ સેમિકન્ડક્ટર્સ મુખ્યત્વે સિંગલ-લેયર ગ્રાફીન છે, અને આ ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું તેની સપાટી પરના ગેસના અણુઓની ભૂમિકાને ગંભીર અસર કરશે. બલ્ક ગ્રેફાઇટની તુલનામાં, સપાટીની પ્રતિક્રિયા પ્રવૃત્તિને વધારવા માટે સિંગલ-લેયર ગ્રાફીનનું કાર્ય ગ્રાફીન હાઇડ્રોજનેશન અને ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, જે દર્શાવે છે કે ગ્રાફીનનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું સપાટીની પ્રવૃત્તિને મોડ્યુલેટ કરી શકે છે.

3. વધુમાં, ગેસના પરમાણુ શોષણના ઇન્ડક્શન દ્વારા ગ્રાફીનનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું અનુરૂપ રીતે બદલી શકાય છે, જે માત્ર વાહકોની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરતું નથી, પણ વિવિધ ગ્રાફીન સાથે ડોપ પણ કરી શકાય છે. સેન્સર ગ્રાફીનને કેમિકલ સેન્સર બનાવી શકાય છે. આ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે ગ્રાફીનની સપાટી શોષણ કામગીરી દ્વારા પૂર્ણ થાય છે. કેટલાક વિદ્વાનોના સંશોધન મુજબ, ગ્રાફીન કેમિકલ ડિટેક્ટરની સંવેદનશીલતાને સિંગલ મોલેક્યુલ ડિટેક્શનની મર્યાદા સાથે સરખાવી શકાય છે. ગ્રાફીનનું અનોખું દ્વિ-પરિમાણીય માળખું તેને આસપાસના વાતાવરણ માટે ખૂબ જ સંવેદનશીલ બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ બાયોસેન્સર્સ માટે ગ્રેફીન એક આદર્શ સામગ્રી છે. દવામાં ડોપામાઇન અને ગ્લુકોઝ શોધવા માટે ગ્રેફીનથી બનેલા સેન્સર સારી સંવેદનશીલતા ધરાવે છે. ટ્રાંઝિસ્ટર ગ્રાફીનનો ઉપયોગ ટ્રાન્ઝિસ્ટર બનાવવા માટે થઈ શકે છે. ગ્રેફિન સ્ટ્રક્ચરની ઉચ્ચ સ્થિરતાને લીધે, આ પ્રકારનો ટ્રાન્ઝિસ્ટર હજી પણ એક અણુના સ્કેલ પર સ્થિર રીતે કાર્ય કરી શકે છે.

4. તેનાથી વિપરીત, વર્તમાન સિલિકોન-આધારિત ટ્રાન્ઝિસ્ટર લગભગ 10 નેનોમીટરના સ્કેલ પર તેમની સ્થિરતા ગુમાવશે; બાહ્ય ક્ષેત્રમાં ગ્રાફીનમાં ઇલેક્ટ્રોનની અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ રિએક્શન સ્પીડ તેના બનેલા ટ્રાન્ઝિસ્ટરને ખૂબ જ ઊંચી ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી સુધી પહોંચી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, IBM એ ફેબ્રુઆરી 2010 માં જાહેરાત કરી હતી કે તે ગ્રાફીન ટ્રાન્ઝિસ્ટરની ઓપરેટિંગ આવર્તનને 100 GHz સુધી વધારશે, જે સમાન કદના સિલિકોન ટ્રાન્ઝિસ્ટર કરતા વધારે છે. ફ્લેક્સિબલ ડિસ્પ્લે કન્ઝ્યુમર ઈલેક્ટ્રોનિક્સ શોમાં બેન્ડેબલ સ્ક્રીને ખૂબ ધ્યાન ખેંચ્યું હતું અને તે ભવિષ્યમાં મોબાઈલ ડિવાઈસ ડિસ્પ્લે માટે ફ્લેક્સિબલ ડિસ્પ્લે સ્ક્રીનના વિકાસનો ટ્રેન્ડ બની ગયો છે.

5. લવચીક ડિસ્પ્લેનું ભાવિ બજાર વ્યાપક છે, અને મૂળભૂત સામગ્રી તરીકે ગ્રાફીનની સંભાવના પણ આશાસ્પદ છે. દક્ષિણ કોરિયાના સંશોધકોએ પ્રથમ વખત ગ્રાફીનના બહુવિધ સ્તરો અને ગ્લાસ ફાઈબર પોલિએસ્ટર શીટ સબસ્ટ્રેટથી બનેલું લવચીક પારદર્શક પ્રદર્શનનું ઉત્પાદન કર્યું છે. દક્ષિણ કોરિયાની સેમસંગ અને સુંગકયુન્કવાન યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ 63 સેમી પહોળા ફ્લેક્સિબલ ટ્રાન્સપરન્ટ ગ્લાસ ફાઈબર પોલિએસ્ટર બોર્ડ પર ટીવીના કદના શુદ્ધ ગ્રાફીનનો ટુકડો બનાવ્યો છે. તેઓએ કહ્યું કે આ અત્યાર સુધીનો સૌથી મોટો “બલ્ક” ગ્રાફીન બ્લોક છે. ત્યારબાદ, તેઓએ લવચીક ટચ સ્ક્રીન બનાવવા માટે ગ્રાફીન બ્લોકનો ઉપયોગ કર્યો.

6. સંશોધકોએ કહ્યું કે સિદ્ધાંતમાં, લોકો તેમના સ્માર્ટફોનને રોલ અપ કરી શકે છે અને પેન્સિલની જેમ તેમના કાનની પાછળ પિન કરી શકે છે. નવી ઉર્જા બેટરીઓ નવી ઉર્જા બેટરીઓ પણ ગ્રાફીનના પ્રારંભિક વ્યાપારી ઉપયોગનો મહત્વનો વિસ્તાર છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં મેસેચ્યુસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીએ સપાટી પર ગ્રાફીન નેનો-કોટિંગ્સ સાથે લવચીક ફોટોવોલ્ટેઇક પેનલ્સ સફળતાપૂર્વક વિકસાવી છે, જે પારદર્શક અને વિકૃત સૌર કોષોના ઉત્પાદનના ખર્ચને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડી શકે છે. આવી બેટરીનો ઉપયોગ નાઇટ વિઝન ગોગલ્સ, કેમેરા અને અન્ય નાના ડિજિટલ કેમેરામાં થઈ શકે છે. ઉપકરણમાં એપ્લિકેશન. આ ઉપરાંત, ગ્રાફીન સુપર બેટરીના સફળ સંશોધન અને વિકાસથી નવી ઉર્જા વાહન બેટરીના અપૂરતી ક્ષમતા અને લાંબા સમય સુધી ચાર્જ થવાના સમયની સમસ્યાઓ પણ હલ થઈ છે, જે નવા ઊર્જા બેટરી ઉદ્યોગના વિકાસને મોટા પ્રમાણમાં વેગ આપે છે.

7. સંશોધન પરિણામોની આ શ્રેણીએ નવા ઊર્જા બેટરી ઉદ્યોગમાં ગ્રાફીનના ઉપયોગ માટે માર્ગ મોકળો કર્યો. ડિસેલિનેશન ગ્રાફીન ફિલ્ટર્સનો ઉપયોગ અન્ય ડિસેલિનેશન ટેક્નોલોજી કરતાં વધુ થાય છે. પાણીના વાતાવરણમાં ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ ફિલ્મ પાણીના નજીકના સંપર્કમાં આવ્યા પછી, લગભગ 0.9 નેનોમીટરની પહોળાઈ ધરાવતી ચેનલ બની શકે છે, અને આ કદ કરતાં નાના આયનો અથવા પરમાણુઓ ઝડપથી પસાર થઈ શકે છે. ગ્રાફીન ફિલ્મમાં રુધિરકેશિકાઓનું કદ યાંત્રિક માધ્યમ દ્વારા વધુ સંકુચિત કરવામાં આવે છે, અને છિદ્રનું કદ નિયંત્રિત થાય છે, જે દરિયાના પાણીમાં મીઠાને અસરકારક રીતે ફિલ્ટર કરી શકે છે. હાઇડ્રોજન સ્ટોરેજ મટિરિયલ ગ્રાફીનમાં હળવા વજન, ઉચ્ચ રાસાયણિક સ્થિરતા અને ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તારના ફાયદા છે, જે તેને હાઇડ્રોજન સંગ્રહ સામગ્રી માટે શ્રેષ્ઠ ઉમેદવાર બનાવે છે. ઉચ્ચ વાહકતા, ઉચ્ચ શક્તિ, અલ્ટ્રા-લાઇટ અને એરોસ્પેસમાં પાતળી લાક્ષણિકતાઓને લીધે, એરોસ્પેસ અને લશ્કરી ઉદ્યોગમાં ગ્રાફીનના ઉપયોગના ફાયદા પણ અત્યંત અગ્રણી છે.

8. 2014 માં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં નાસાએ એરોસ્પેસ ક્ષેત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતું ગ્રાફીન સેન્સર વિકસાવ્યું હતું, જે પૃથ્વીના ઉચ્ચ-ઊંચાઇવાળા વાતાવરણમાં ટ્રેસ તત્વો અને અવકાશયાન પરની માળખાકીય ખામીઓને શોધી શકે છે. અલ્ટ્રાલાઇટ એરક્રાફ્ટ મટિરિયલ્સ જેવી સંભવિત એપ્લિકેશન્સમાં પણ ગ્રાફીન વધુ મહત્વની ભૂમિકા ભજવશે. પ્રકાશસંવેદનશીલ તત્વ એ પ્રકાશસંવેદનશીલ તત્વની સામગ્રી તરીકે ગ્રાફીનનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશસંવેદનશીલ તત્વનો એક નવો પ્રકાર છે. વિશિષ્ટ માળખું દ્વારા, હાલના CMOS અથવા CCD ની સરખામણીમાં હજારો ગણો વધુ પ્રકાશસંવેદનશીલ ક્ષમતા વધારવાની અપેક્ષા છે, અને ઊર્જા વપરાશ મૂળના માત્ર 10% છે. તેનો ઉપયોગ મોનિટર અને સેટેલાઇટ ઇમેજિંગના ક્ષેત્રમાં થઈ શકે છે અને તેનો ઉપયોગ કેમેરા, સ્માર્ટ ફોન વગેરેમાં થઈ શકે છે. સંયુક્ત સામગ્રી ગ્રાફીન આધારિત સંયુક્ત સામગ્રી એ ગ્રાફીન એપ્લિકેશનના ક્ષેત્રમાં એક મહત્વપૂર્ણ સંશોધન દિશા છે. તેઓએ ઉર્જા સંગ્રહ, લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ઉપકરણો, ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, જૈવિક સામગ્રી, સંવેદના સામગ્રી અને ઉત્પ્રેરક વાહકોના ક્ષેત્રોમાં ઉત્કૃષ્ટ કામગીરી દર્શાવી છે અને તેમની પાસે એપ્લિકેશન સંભાવનાઓની વિશાળ શ્રેણી છે.

9. હાલમાં, ગ્રાફીન કમ્પોઝીટનું સંશોધન મુખ્યત્વે ગ્રાફીન પોલિમર કમ્પોઝીટ અને ગ્રાફીન આધારિત અકાર્બનિક નેનોકોમ્પોઝીટ્સ પર કેન્દ્રિત છે. ગ્રાફીન સંશોધનના ઊંડાણ સાથે, જથ્થાબંધ ધાતુ-આધારિત કમ્પોઝિટ્સમાં ગ્રાફીન મજબૂતીકરણના ઉપયોગ પર લોકો વધુને વધુ ધ્યાન આપી રહ્યા છે. મલ્ટિફંક્શનલ પોલિમર કમ્પોઝિટ અને ગ્રેફિનથી બનેલા ઉચ્ચ-શક્તિવાળા છિદ્રાળુ સિરામિક સામગ્રી સંયુક્ત સામગ્રીના ઘણા વિશેષ ગુણધર્મોને વધારે છે. બાયોગ્રાફીનનો ઉપયોગ માનવ અસ્થિમજ્જાના મેસેનચીમલ સ્ટેમ કોશિકાઓના ઓસ્ટિઓજેનિક ભિન્નતાને વેગ આપવા માટે થાય છે, અને તેનો ઉપયોગ સિલિકોન કાર્બાઇડ પર એપિટેક્સિયલ ગ્રાફીનના બાયોસેન્સર્સ બનાવવા માટે પણ થાય છે. તે જ સમયે, ગ્રાફીનનો ઉપયોગ ચેતા ઇન્ટરફેસ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે સિગ્નલની શક્તિ અથવા ડાઘ પેશીની રચના જેવા ગુણધર્મોને બદલ્યા વિના અથવા નાશ કર્યા વિના કરી શકાય છે. તેની લવચીકતા, જૈવ સુસંગતતા અને વાહકતાને લીધે, ટંગસ્ટન અથવા સિલિકોન ઇલેક્ટ્રોડ કરતાં વિવોમાં ગ્રાફીન ઇલેક્ટ્રોડ વધુ સ્થિર છે. ગ્રાફીન ઓક્સાઇડ માનવ કોષોને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના ઇ. કોલીના વિકાસને અટકાવવામાં ખૂબ અસરકારક છે.