Graphene

 Graphene 

નજીકના ભવિષ્યમાં તમે તમારો મોબાઇલ રૂમાલની જેમ શંકેલી શકશો. કારણ કે, પેન્સિલની લીડમાંથી નીકળેલ સુપરહીરો! 'ગ્રેફિન' આવી રહ્યો છે.

કલ્પના કરો: તમારી જૂની પેન્સિલની લીડમાં એવું રહસ્ય છુપાયેલું છે જે સ્ટીલને શરમાવે, વીજળીને દોડાવે, અને પાણીમાંથી મીઠું ગાયબ કરી દે! આ નથી કોઈ સાયન્સ-ફિક્શન ફિલ્મ – આ છે ગ્રેફિન, વિશ્વની પહેલી સાચી દ્વિ-આયામી સામગ્રી, જેની જાડાઈ માત્ર એક પરમાણુ જેટલી છે – ૦.૩૪ નેનોમીટર.<1> એટલે કે, જો તમે તમારા વાળના વ્યાસને ૨ લાખ વખત વિભાજિત કરો, તો પણ ગ્રેફિન વધુ પાતળું રહેશે!

૨૦૦૪ની એક સામાન્ય શુક્રવારની સાંજે, માન્ચેસ્ટર યુનિવર્સિટીના બે વૈજ્ઞાનિકો – આન્દ્રે ગેઇમ અને કોસ્ટ્યા નોવોસેલોવ – ગ્રેફાઇટના ટુકડા પર સ્કોચ ટેપ ચોંટાડીને ઉખાડતા હતા. એમને ખબર નહોતી કે આ બાલિશ રમત વિજ્ઞાનનો ઇતિહાસ બદલી નાખશે.<2> તેઓએ જે અલગ કર્યું તે હતું ગ્રેફિન – અને ૨૦૧૦માં આ જોડીએ નોબેલ પુરસ્કાર જીતીને વિશ્વને ચોંકાવી દીધું.

આ કાર્બનનું હનીકોમ્બ (મધપૂડો) જાળું એટલું પરફેક્ટ છે કે દરેક પરમાણુ ત્રણ મિત્રો સાથે sp² હાઇબ્રિડાઇઝેશનના નિયમથી જોડાયેલો છે.<3> ચોથો ઇલેક્ટ્રોન? તે ડાન્સ કરતો રહે છે – π-ઓર્બિટલમાં ફરતો, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોનની ઝડપ ૨૦૦,૦૦૦ cm²/Vs થઈ જાય છે.<4> એટલે કે, કોપરના તારમાંથી ૨૦૦ ગણી ઝડપે વીજળી દોડે! આ ઇલેક્ટ્રોન ટક્કર પણ નથી કરતા – જાણે સુપરહીરોની સ્પીડમાં ફ્લાઇટ!<5> અને રહસ્ય? તેનું બેન્ડ ગેપ શૂન્ય છે – એટલે તે અર્ધ-ધાતુની જેમ વર્તે છે, અને ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના ડિરાક ફર્મિયનને જીવંત કરે છે.<6>

અને મજબૂતાઈ? અબોલ્ડ! એક ચોરસ મીટર ગ્રેફિન ૪ કિલોના હાથીને હેમોક પર લટકાવી શકે – અને તેનું વજન? માત્ર ૦.૭૭ મિલિગ્રામ!<7> તેનું યંગ્સ મોડ્યુલસ ૧ TPa છે – સ્ટીલને રડાવે! પણ આ સુપરહીરો રબર જેવો લવચીક પણ છે – ૪૨% સુધી ખેંચાઈ શકે! ગરમીની વાત કરીએ તો? ડાયમંડ પણ શરમાય – ૫,૦૦૦ W/mK થર્મલ કન્ડક્ટિવિટી!<8> અને પ્રકાશ? એક જ સ્તર હોવા છતાં ૯૭.૭% પ્રકાશ પસાર કરે – જાણે અદૃશ્ય કાચ!<9>

ગ્રેફિન અભેદ્ય કિલ્લો છે. હિલિયમ સિવાય કોઈ અણુ પસાર ન થાય – એટલે દરિયાનું પાણી મીઠું ન રહે, ફક્ત ૧૫% ઊર્જામાં!<10> તેની ધાર બેક્ટેરિયાની દીવાલ વીંધી નાખે – કુદરતી એન્ટિબાયોટિક!<11> અને કેન્સરની દવા? તેને સીધી કેન્સર કોષમાં પહોંચાડી શકે – સ્વસ્થ કોષને નુકસાન વગર!<12>

પણ આ સુપરહીરોને બનાવવો સરળ નથી. સ્કોચ ટેપ તો લેબમાં જ ચાલે.<13> CVD મોટા પાયે બનાવે, પણ મોંઘું અને ખામીયુક્ત.<14> પણ ભારતના IIT મદ્રાસએ તો ચોખાના લોટમાંથી ગ્રેફિન બનાવીને વિશ્વને ચોંકાવી દીધું – સસ્તું, ગ્રીન, અને દેશી!<15>

ભવિષ્ય? અદ્ભુત! 

- ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર રૂમ ટેમ્પરેચર પર ચાલશે.<16>  

- બેટરી ૧ સેકન્ડમાં ચાર્જ!  

- મગજ સાથે ડાયરેક્ટ કનેક્શન – લકવાગ્રસ્ત ફરી ચાલશે!  

અને ૧ ગ્રામ ગ્રેફિન? ફૂટબોલ મેદાન ઢાંકી શકે!<17>

આખરે, ગ્રેફિન એ કાર્બનનું પાતળું પડદું નથી – તે વિજ્ઞાનનું અલાદ્દીનનું ચિરાગ છે. પેન્સિલની લીડમાંથી નીકળેલું આ ચમત્કાર ભવિષ્યના ફોન, કપડાં, વિમાન અને દવાને બદલી નાખશે. આજની લીડ, કાલનું સ્પેસશીપ! ✏️🚀

ફૂટનોટ્સ

1. Geim, A. K., & Novoselov, K. S. (2007). The rise of graphene. Nature Materials.  

2. Novoselov, K. S., et al. (2004). Electric field effect in atomically thin carbon films. Science.  

3. Castro Neto, A. H., et al. (2009). The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics.  

4. Bolotin, K. I., et al. (2008). Ultrahigh electron mobility in suspended graphene. Solid State Communications.  

5. Mayorov, A. S., et al. (2011). Extremely high electron mobility in graphene. Nano Letters.  

6. Zhang, Y., et al. (2005). Experimental observation of the quantum Hall effect in graphene. Nature.  

7. Lee, C., et al. (2008). Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science.  

8. Balandin, A. A., et al. (2008). Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters.  

9. Nair, R. R., et al. (2008). Fine structure constant defines visual transparency of graphene. Science.  

10. Bunch, J. S., et al. (2008). Impermeable atomic membranes from graphene sheets. Nano Letters.  

11. Hu, W., et al. (2010). Graphene-based antibacterial paper. ACS Nano.  

12. Liu, J., et al. (2011). Graphene-based materials for drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews.  

13. Novoselov, K. S., et al. (2005). Two-dimensional atomic crystals. PNAS.  

14. Bae, S., et al. (2010). Roll-to-roll production of 30-inch graphene films. Nature Nanotechnology.  

15. Rakesh, R., et al. (2022). Rice husk derived graphene oxide for battery applications. IIT Madras Research.  

16. Trauzettel, B., et al. (2007). Spin qubits in graphene quantum dots. Nature Physics.  

17. Stankovich, S., et al. (2006). Graphene-based composite materials. Nature.

#graphene #letestnewsupdate #indian #india #nobleprize #mobile #Samsung #apple #technology #technews #science #newreel #newreelslシ #viralreelschallenge #usa