"க்ராபைன் உலகை மாற்றும் கார்பன்"

 

"க்ராபைன்

உலகை மாற்றும் கார்பன்"

"அறிவியல் காதலன் "

-ரா.பிரபு-

இன்று காலை உங்களுக்கு பிடித்த ஒரு சாக்லேட் ஐ வாங்கி சாப்பிட்டு விட்டு விளையாட்டாய் அதன் மேல் சுற்ற பட்ட ஒரு மெல்லிய பிளாஸ்டிக் பேப்பரை கிழிக்க முயல்கிறீர்கள்.  என்ன ஆச்சர்யம் உங்களால் அதை பிரம்மபிரயத்தன பட்டும் கிழிக்க முடியவில்லை. உங்கள் நண்பருக்கு அதை கொடுத்து முயல சொல்கிறீர்கள் ,அவரும் கிழித்து பார்த்து விழி பிதுங்குகிறார். ஒரு குண்டூசி எடுத்து அதில் ஓட்டையாவது போடலாம் என்று முயற்சி பண்ணி பார்கிறீர்கள் ஊசி ஊடுருவ மாட்டேன் என்கிறது. 

அருகில் உள்ள ஓரு தொழிற்சாலை சென்று அந்த பேப்பர் மேல் கூரான ஊசி முனையை வைத்து அதில் ஒரு 2000 கிலோ அழுத்தம் கொடுத்த பின் தான் ஓட்டை போட முடிந்தது என்றால் உங்கள் ஆச்சர்யம்  எப்படி இருக்கும் ?

அந்த பிளாஸ்டிக் பேப்பர் Graphene ஆல் செய்ய பட்டு இருந்தால் இதில் ஆச்சர்ய பட ஒன்னும் இல்லை.

"Graphene " கிழியாத சாக்லேட் பேப்பர் தயாரிக்க அல்ல மாறாக உலகை மாற்றும் பல புதிய கண்டு பிடிப்புகளை செய்ய உதவ கூடியது.

உதாரணமாக உங்கள் மொபைலை யாராவது 5 வினாடியில் 100 சதம் சார்ஜ் பண்ண முடிந்தால் எப்படி இருக்கும் ?  

ஒரு கிராமுக்கும் குறைவான எடை கொண்ட ஒரு போர்வையை ஒருவர் ஒரு விரலால் தூக்கி கொண்டு வந்து அதை வைத்து மழை வர போகும் கிரிக்கெட் கிரவுண்ட் ஒன்றை முழுதாக மூடி காட்டினால் உங்கள் ஆச்சர்யம் எப்படி இருக்கும்.?? 

தலை முடி அளவு கணம் கொண்ட ஒரு நூலில் ஒரு காரையோ பஸ்ஸையோ கட்டி தொங்க விட்டு காட்டினால் ??? 

இது எல்லாமே க்ராபின் கொண்டு சாத்தியம் தான் .

அந்த "Graphene " என்பது என்ன ? ஏன் அதை இன்னும் யாரும் பயன் படுத்தாமல் இருக்கிறார்கள் ? என்பதை இனி கட்டுரையில் கொஞ்சம் விளக்கமாக பார்க்கலாம்..

கட்டுரைக்கு போறதுக்கு முன்னாடி  ரஜினி நடித்த "சிவாஜி " படத்தில் ஒரு காட்சியில் "சிவாஜியும் நான் தான் MGR உம் நான் தான்" னு ரஜினி வசனம் பேசுவார் இல்ல அந்த டெம்ப்ளெட் போட்டுகோங்க..

"எளிமையான ஆளும் நான் தான் வலிமையான ஆளும் நான் தான் "

அப்படின்னு வசனத்தை மாற்றுங்கள்.

இந்த வசனத்தை சொல்லும் ஹீரோ பெயர் "கார்பன் "

நாம் பயன் படுத்தும் பென்சில் முனை இருக்கே மிக மிக மெல்லியதாக எளிதாக உடையும்  படி ...அதன் பெயர் Graphite . (மேலே சொன்னது 'Graphene ' இது Graphite ) அது கார்பன் அணுவால் ஆனது.

அப்புறம் நாம் பயன் படுத்தும் வைரம் இருக்கிறதே மிக மிக கடினமாக கீறல் போட முடியாத படி அதுவும் கார்பனால் தான் ஆனது.(இந்த கட்டுரை படிக்கும் நீங்களும் நானும் கூட 12 சதம் கார்பனால் ஆனவர்கள் தான் அது வேற கதை ) 

இரண்டும் ஒரே கார்பன் மூலதால் ஆனது என்றால் ஒன்று எளிமையாகவும் இனொன்று வலிமையாகவும் இருக்க காரணம் என்ன ? 

அதற்கு காரணம் இரண்டிலும் கார்பன் அனு கட்டமைப்பு அமைந்து இருக்கும் விதத்தில் உள்ள வேறு பாடு தான்.

உதாரணமாக வைரத்தில் ஒரு கார்பன் அனு அடுத்து 4 அணுவுடன் பிணைப்பில் இருக்கும். ஒரு முடிவிலி 3D கட்டமைப்பாக (அதாவது பல பூந்திகள் ஒன்று சேர்ந்து ஒரு லட்டு ஆவது போல )இது பிணைந்து இருக்கும் (tetrahedrons வடிவம்.)

ஆனால் க்ராபைட் இல் இது அடுக்கடுக்காக ஒன்றன் மேல் ஒன்று அடுக்கி வைத்த பெட்ஷீட் போல இருக்கும் அதில் ஒவ்வொரு அடுக்கும் weak force ஆல் இணைக்க பட்டு இருக்கும் அதில் ஒரே ஒரு அடுக்கை பிரித்து பார்த்தால் தேன் கூடு வடிவமைப்பு போல இணைப்பை உண்டாக்கிய ஒரு 2D லேயர் ஆக அவைகள் இருப்பதை காணலாம்.

 இந்த ஒற்றை அடுக்கு 2Dலேயர் பெயர் தான் கட்டுரையின் ஆரம்பத்தில் சொன்ன 

"Graphene "

இந்த graphene ஒரு அட்டகாசமான பொருள். இது steel ஐ போல 200 மடங்கு உறுதி தன்மை கொண்டது. மனிதன் அளந்து பார்த்ததில் அதிக கடின தன்மை கொண்ட பொருள் இது தான். ஆம் இது வைரத்தை விட உறுதியானது. இதன் வெப்பம் கடத்தும் திறன் வைரத்தை விட இரு மடங்கு அதிகம்.

இதன் மின்சாரம் கடத்தும் திறன் நாம் அறிந்த மிக சிறந்த கடத்தியான 'காப்பரை' விட 13 மடங்கு அதிகம். 

இதன் எலக்ட்ரான் நகர்வு வேகம் நாம் அறிந்த மின்னணு சாதனங்களில் உள்ள சிலிகானை விட 100 மடங்கு அதிகம். இதன் எடை பிளாஸ்டிக்கை விட பல பல மடங்கு குறைவு. இது ஒளி எதிரொளிகையில் 2.3 சதம் ஒளி மட்டுமே உள்வாங்க கூடியது என்பதால் கிட்ட தட்ட கண்ணுக்கு தெரியாத 'transparent ' தன்மை கொண்ட ஒரு பொருள்.

 விசித்திரங்கள் இத்தோடு நிற்கவில்லை. இது ஒரு உலோகம் அல்ல ஆனால் உலோகத்தை போல மின்சாரத்தை இதனால் கடத்த முடியும். அதே சமயம் ரப்பர் போல பல மடங்கு இழு திறன் கொண்டது என்பதால் இதை எளிதாக நீட்டி இழுக்க சுருக்க முடியும்.

இப்போ யோசித்து பாருங்கள் பிளாஸ்டிக்கை விட பல மடங்கு எடை குறைவான அதே சமயம் ஸ்டீல் ஐ விட 200 மடங்கு அதிக உறுதியான அதே சமயம் ரப்பர் போல இழுதிரன் கொண்ட அதே சமயம் மின் கடத்தும் திறன் கொண்ட..  ஒரு பொருளை வைத்து என்ன வெல்லாம் செய்யலாம் ? 

உதாரணத்துக்கு super lite weight இல் கார்களை பண்ணலாம். விமானங்கள் இப்போது இருக்கும் எடையை விட பல மடங்கு குறைவாக அதே சமயம் பல மடங்கு உறுதியாக பண்ணலாம்.

இந்த கிராபைன் எனும் அற்புதத்தை  கண்டு பிடித்தவர்கள் இருவர். இதை அவர்கள் கண்டு பிடித்தது மிகவும் சுவாரஸ்யமான மிகவும் எளிமையான ஒரு சோதனை மூலம்.

1980 களில் நமக்கு கார்பன் கீழ் கண்ட 3 வடிவத்தில் மட்டுமே பரிச்சயம். ஒன்று diamond இனொன்று graphite அப்புறம் amorphous carbon (அது வேற ஒன்னும் இல்ல அடுப்பு கரி.. ) 

பிற்காலத்தில் 

fullerenes  மற்றும் carbon nanotubes கள் கண்டு பிடிக்க பட்டன  அதன் பின் 2004 தான் graphene கண்டு பிடிக்க பட்டது. 

University of Manchester ஐ சேர்ந்த இரு பௌதிகவியலாளர்கள் நாம் ஓட்ட பயன் படுத்தும் செல்லோ டேப் மாதிரியான ஒரு டேப் இல் பென்சில் முனை க்ராபைட் ஐ ஒட்டி அதை பிரித்தார்கள் . அந்த கிராபைட் இரு லேயராக பிரிந்து வந்தது. பின் மீண்டும் அதை ஒட்டி எடுத்தார்கள் பின் மீண்டும் பின் மீண்டும். இப்படி ஒவ்வொரு அடுக்காக பிரித்து கொண்டே போன போது அவர்களுக்கு இறுதியாக மிஞ்சியது ஒற்றை அடுக்கு கொண்ட 2 D வடிவ லேயரை கொண்ட "graphene " அந்த லேயரின் உயரம் வெறும் ஒரு அனு அளவு மட்டுமே.

2004 இல் நடந்த இந்த ஆராய்ச்சி பல அறிவியலாளர்களின் புருவத்தை உயர்த்த செய்தது. காரணம் அதுவரை கிராபைட் இப்படி ஒற்றை லேயராக பிரிப்பது சாத்தியம் இல்லை ( thermodynamically unstable ) 

என்று நம்பி வந்தார்கள். எனவே வெறும் டேப் மற்றும் பென்சில் வைத்து இவர்கள் செய்த ஆய்விற்கு 2010 இல் நோபல் பரிசு கொடுக்க பட்டது.

(அதே சமயம் 1947 களிலேயே P.R. Wallace எண்பரால் இது கணிக்க பட்டு ஒற்றை அடுக்கு எப்படி இருக்கும் என்ன மாதிரி இருக்கும் என்றெல்லாம் ஆராய்ந்து சொல்ல பட்டு விட்டிருந்தது. ) 

Graphene இன் தனி தன்மைகளும் இதன் தனி திறனும் உலகின் பல வகை தொழில் துறையில் தொழில் நுட்பத்தில் புதிய கதவுகளை திறந்தது. எண்ணிலடங்கா புது தொழில் நுட்ப  புரட்சிக்கு இது வித்திட்டிருக்கிறது.

உதாரணமாக ...

 இதை மெம்பரைன் ஆக பயன் படுத்தி வாயு மற்றும் திரவ வடிகட்டுதல் கட்டுப்பாட்டில் புதிய புரட்சியை பண்ணலாம் கடல் நீரை மிக எளிதாக குடி நீர் ஆக்கலாம்.

இதன் தனித்துவமான மின்கடத்தும் தன்மையால் புது வித நெகிழ்வு தன்மை கொண்ட அதிக சக்தி வாய்ந்த மின்னணு சாதனங்கள் பண்ணலாம். நேனோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் டிவைஸ் பண்ணலாம்.

Gas மற்றும் கெமிக்கல் சென்சார் பண்ணலாம். 

இதை காம்போசைடாக பயன் படுத்தி முன்பே சொன்னது போல குறைந்த எடை அதிக உறுதி கொண்ட வாகனங்கள் தயாரிக்கலாம்

இது ஒளி ஊடுருவும் பொருள் என்பதால் சூப்பர் thin பிளாஸ்டிக் பொருட்கள் அதிக வலிமையில் பண்ணலாம்.

இது ஆற்றலை சேமிக்கும் திறன் கொண்டது என்பதால் இதனை வைத்து செய்யப்படும் சோலார் பேனல் சூரிய ஒளியை பல மடங்கு உள்வாங்குவது மட்டுமின்றி.. அதை அங்கேயே தேக்கி வைத்து தேவைப்படும்போது பயன்படுத்தலாம். மேலும் புது வகை அதிக திறன் கொண்ட விரைவில் வினாடி நேரத்தில் சார்ஜ் ஆகி விடும் மொபைல் பேட்டரிகளை தயாரிக்கலாம்.

அவ்வளவு ஏன் biomedical  இல் புற்று நோய் செல்களை குண படுத்த கூட பயன்படுத்தலாம் என்கிறார்கள்.

( இங்கே சொல்லப் பட்டது அதன் பயன்பாட்டில் பாதிகூட இல்லை.. 'applications of graphene என்று தேடி பாருங்கள் பக்கம் பக்கமாய் இதன் பயன்பாடுகள் வரும். ) 

இப்படிப்பட்ட ஒரு அட்டகாசமான பொருள் ஏன் இன்னும் பயன்பாட்டுக்கு வரவில்லை ? 

அதற்கு காரணம் graphite ஐ ஒற்றை அடுக்காக ஒரு அனு உயரத்திற்கு பிரிப்பது டேப் பென்சில் என்கிற அளவில் சரி ஆனால் தொழில் துறை அளவில் தொழில் சாலைகளில் பிரித்தெடுக்கும் அளவு வழி முறையை இன்னும் யாரும் கண்டு பிடிக்க வில்லை என்பது தான் (chemical vapor deposition, epitaxial growth on SiC substrates, chemical reduction of exfoliated graphene oxide, liquid phase exfoliation (LPE) of graphite and unzipping of carbon nanotubes.னு சில முறைகள் வைத்து இருக்காங்க ஆனால் அவைகள் எல்லாமே எல்லைகள் கொண்டது. ) 

"Graphene " ஐ நிறைய அளவில்  பிரித்து எடுப்பது எப்படி என்று உங்களில் யாராவது கண்டு பிடிக்க முடிந்தால் நாளை நீங்கள் தான் உலகை மாற்றும் நபர்.