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ग्राफीन एक ऐसी सामग्री है जिसमें कई गुण हैं जो प्रौद्योगिकी में क्रांति लाने में सक्षम हैं

पिक्साबे में ओपनक्लिपार्ट-वेक्टर छवि

ग्राफीन हेक्सागोनल संरचनाओं में व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की दो-आयामी परत से बना एक पदार्थ है, जिसकी ऊंचाई एक परमाणु के बराबर होती है। इस सामग्री का उत्पादन ग्रेफाइट की सतह परतों, पृथ्वी पर प्रचुर मात्रा में खनिज और कार्बन के सबसे आम आवंटनों में से एक को निकालकर किया जा सकता है।

ग्रेफीन के रासायनिक बंधन और मोटाई इस तत्व के कई महत्वपूर्ण गुणों के लिए जिम्मेदार हैं, जैसे यांत्रिक प्रतिरोध और थर्मल और विद्युत चालकता। इन सुविधाओं ने वैज्ञानिकों और प्रौद्योगिकी उद्योग को उनके उपयोग की अनंत संभावनाओं के कारण आकर्षित किया है।

ग्राफीन की खोज

स्थिर, द्वि-आयामी ग्रैफेन की खोज 2004 में रूसी भौतिकविदों आंद्रे गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव द्वारा गलती से की गई थी। इस खोज ने शोधकर्ताओं को 2010 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिलाया। हालाँकि, इस कार्बन अलॉट्रोप के अस्तित्व को 1930 से जाना जाता है।

ग्राफीन गुण

ग्रैफेन में कई गुण होते हैं जो इसे कई तकनीकी अनुप्रयोगों के साथ एक सामग्री बनाते हैं। जानिए इस अलॉट्रोप के मुख्य गुण।

यांत्रिक विशेषताएं

ग्राफीन अब तक ज्ञात सबसे मजबूत सामग्री है। यह प्रतिरोध इसके कार्बन परमाणुओं के बीच बने मजबूत बंधनों से उपजा है। सिविल निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्री, जैसे स्टील, इस दबाव का केवल एक तिहाई ही झेलती है।

ग्राफीन का एक और दिलचस्प गुण इसका उच्च यंग मापांक है, जो दर्शाता है कि प्रतिरोधी होने के अलावा, यह सामग्री बहुत लोचदार है। इसलिए, यह अपेक्षाकृत आसानी से अपने मूल आकार में लौटने में सक्षम है।

प्रत्येक कार्बन षट्भुज के छोटे क्षेत्र ग्रेफीन की उच्च अभेद्यता के लिए जिम्मेदार होते हैं, जिसका उपयोग गैसों को धारण करने में सक्षम एक छोटे जाल के रूप में किया जा सकता है जो आसानी से अपने कंटेनरों से लीक हो जाती है, जैसे हाइड्रोजन गैस। अत्यंत प्रतिरोधी होने के अलावा, ग्राफीन बहुत हल्का होता है: इसका घनत्व 0.77 g/m² है, दूसरे शब्दों में, कागज की एक शीट की तुलना में लगभग एक हजार गुना हल्का है।

विद्युत गुण

इलेक्ट्रॉन बिना विक्षेपण या टकराव के लगभग स्वतंत्र रूप से ग्राफीन के माध्यम से प्रचार करने में सक्षम हैं। कार्बन बांड की हेक्सागोनल संरचना के कारण, इलेक्ट्रॉन इन पतली परतों के अंदर सापेक्ष गति से चलते हैं, यानी प्रकाश की गति के करीब।

कमरे के तापमान पर, ग्राफीन की विद्युत प्रतिरोधकता सबसे कम होती है। इस प्रकार, इस तत्व को सबसे अच्छा धात्विक संवाहक माना जा सकता है।

ऑप्टिकल गुण

97.5% आपतित प्रकाश को गुजरने की अनुमति देकर, ग्राफीन नग्न आंखों के लिए अदृश्य है। यह ऑप्टिकल व्यवहार ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों के सापेक्ष गुणों से उत्पन्न होता है। इसका तात्पर्य यह है कि, ग्राफीन की कई शीटों को ढेर करके, एक पूरी तरह से काला शरीर बनाना संभव है, जो उस पर लगभग सभी विकिरण घटना को अवशोषित करने में सक्षम है।

थर्मल विशेषताएं

अपने विद्युत गुणों के कारण, ग्राफीन एक उत्कृष्ट तापीय चालक है। यह सामग्री किसी भी ज्ञात सामग्री की तुलना में तेजी से गर्मी को खत्म करने में सक्षम है। इसके अलावा, कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि इसका पिघलने का तापमान 3851 डिग्री सेल्सियस है।

इसलिए, ग्राफीन के मुख्य गुण और विशेषताएं हैं:

• यह अत्यंत पतला है: यह एक परमाणु की मोटाई है;
• यह अत्यधिक प्रतिरोधी है: स्टील से लगभग 200 गुना मजबूत;
• यह लचीला है;
• यह जलरोधक है;
• यह पारदर्शी है: लगभग 97.5% प्रकाश किरणों को प्रसारित करता है;
• इसमें उच्च तापीय और विद्युत चालकता है: यह तांबे की तुलना में 100 गुना तेज विद्युत ऊर्जा का संचालन करता है। अध्ययनों से यह भी पता चला है कि जिस गति से इलेक्ट्रॉन ग्राफीन के माध्यम से यात्रा करते हैं वह 1000 किमी/सेक (सिलिकॉन से 60 गुना तेज) है;
• इसमें उच्च कठोरता है
• इसका जूल प्रभाव कम होता है: इलेक्ट्रॉनों का संचालन करते समय यह ऊष्मा के रूप में कम ऊर्जा खो देता है।

ग्राफीन अनुप्रयोग

इसके गुणों और विशेषताओं के कारण, ग्रैफेन ज्ञात सबसे आशाजनक सामग्रियों में से एक है। इसके तकनीकी अनुप्रयोग विशाल हैं, लेकिन बड़े पैमाने पर इस सामग्री का उत्पादन करने की क्षमता से सीमित हैं। फोल्डिंग एलईडी स्क्रीन, फोटोवोल्टिक सेल, अधिक कुशल ट्रांजिस्टर, सुपरकैपेसिटर, हीट सिंक और सुपर सेल फोन बैटरी जैसे उपकरण ग्राफीन का उपयोग करके विकसित प्रौद्योगिकियों के कुछ उदाहरण हैं।

इसके अलावा, अध्ययन के अन्य क्षेत्रों में ग्रैफेन लागू किया जा सकता है, जैसे:

पेय जल

ग्राफीन से बनी झिल्लियां समुद्र के पानी को विलवणीकरण और शुद्ध करने में सक्षम हैं

सीओ 2 उत्सर्जन

ग्राफीन फिल्टर उद्योगों और व्यवसायों द्वारा उत्पन्न गैसों को अलग करके CO2 उत्सर्जन को कम करने में सक्षम हैं

रोग का पता लगाना

बहुत तेज़ बायोमेडिकल सेंसर ग्रैफेन पर आधारित होते हैं और बीमारियों, वायरस और अन्य विषाक्त पदार्थों का पता लगा सकते हैं।

निर्माण

कंक्रीट और एल्युमीनियम जैसी निर्माण सामग्री ग्रेफीन के जुड़ने से हल्की और मजबूत हो जाती है

सौंदर्यशास्र

ग्रेफीन के छिड़काव से बालों को रंगना 30 वाश तक रहता है

सूक्ष्म उपकरण

ग्रेफीन द्वारा सिलिकॉन के प्रतिस्थापन के कारण छोटे और मजबूत चिप्स

ऊर्जा

ग्राफीन के उपयोग से सौर कोशिकाओं में बेहतर लचीलापन, अधिक पारदर्शिता और कम उत्पादन लागत होती है

इलेक्ट्रानिक्स

बेहतर और तेज़ ऊर्जा भंडारण वाली बैटरी

गतिशीलता

ग्रैफेन का उपयोग करके बाइक में 350 ग्राम वजन वाले मजबूत टायर और फ्रेम हो सकते हैं

ग्राफीन से संबंधित अध्ययनों में, इंटरनेट के लिए नए डेटा ट्रांसमिशन केबल्स के विकास में शामिल हैं। पत्रिका द्वारा प्रकाशित एक सर्वेक्षण के अनुसार प्रकृति संचार, विचार ग्राफीन में इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त सभी गति का लाभ उठाना है - वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले केबलों की तुलना में कोशिकाएं सैकड़ों गुना तेज गति से चलती हैं।

ब्राजील के लिए ग्राफीन का महत्व

ब्राजील ग्राफीन के उत्पादन के लिए सस्ते और अधिक कुशल तरीकों की तलाश में तकनीकी दौड़ का हिस्सा है। नेशनल डिपार्टमेंट ऑफ मिनरल प्रोडक्शन (DNPM) द्वारा तैयार की गई रिपोर्ट के अनुसार, ग्राफीन बाजार दुनिया में सबसे अधिक लाभदायक में से एक होना चाहिए, जिसमें 10 वर्षों में 1 ट्रिलियन डॉलर तक पहुंचने की क्षमता है। इसके अलावा, ब्राजील में दुनिया में ग्राफीन का सबसे बड़ा भंडार है।

ग्राफीन की कीमत

इसे प्राप्त करने के जटिल साधनों के कारण, ग्राफीन की कीमत अभी भी अधिक है। सबसे वर्तमान तकनीकें जो इस सामग्री की शुद्ध और पतली परतों के उत्पादन की अनुमति देती हैं, तांबे की चादरों जैसे धातु सब्सट्रेट पर वाष्प जमाव के साथ काम करती हैं।

वर्तमान में, ग्राफीन की 2.08 सेंटीमीटर गुणा 1.54 सेंटीमीटर की शीट की कीमत 275 डॉलर तक हो सकती है: औसतन 21 डॉलर प्रति वर्ग इंच। हालांकि, अशुद्धता और विषमता जैसे कारक इस कीमत को काफी कम कर सकते हैं। ग्रेफाइट से भी ग्रेफीन प्राप्त किया जा सकता है: 1 किलो ग्रेफाइट के साथ, जिसकी कीमत लगभग 1 डॉलर है, 150 ग्राम ग्रेफीन का उत्पादन संभव है, जिसका मूल्य 15 हजार डॉलर से अधिक है।

ग्राफीन के बारे में जिज्ञासा

• यूरोपीय संघ से ग्रैफेन फ्लैगशिप प्रोजेक्ट, औद्योगिक पैमाने पर ग्रैफेन, अनुप्रयोगों और उत्पादन के विकास से संबंधित अनुसंधान के लिए लगभग 1.3 अरब यूरो निर्धारित करता है। कुल मिलाकर, 23 देशों के 150 संस्थान इस परियोजना में भाग लेते हैं।
• अंतरिक्ष यात्रा के लिए विकसित किए गए पहले सूटकेस में इसकी संरचना में ग्रैफेन होता है। इसका प्रक्षेपण 2033 के लिए निर्धारित है, जब नासा ने मंगल ग्रह पर अभियान चलाने की योजना बनाई है।
• बोरोफीन ग्राफीन का नया प्रतियोगी है। 2015 में खोजी गई इस सामग्री को ग्राफीन के एक बेहतर संस्करण के रूप में देखा जाता है, जो और भी अधिक लचीला, प्रतिरोधी और प्रवाहकीय है।