గ్రాఫేన్ అంటే ఏమిటి?
గ్రాఫేన్ అనేది సాంకేతికతను విప్లవాత్మకంగా మార్చగల అనేక లక్షణాలను కలిగి ఉన్న పదార్థం
Pixabayలో OpenClipart-వెక్టర్స్ చిత్రం
గ్రాఫేన్ అనేది షట్కోణ నిర్మాణాలలో అమర్చబడిన కార్బన్ అణువుల యొక్క రెండు-డైమెన్షనల్ పొరతో కూడిన పదార్థం, దీని ఎత్తు అణువుకు సమానం. భూమిపై సమృద్ధిగా ఉండే ఖనిజం మరియు కార్బన్ యొక్క అత్యంత సాధారణ అలోట్రోప్‌లలో ఒకటైన గ్రాఫైట్ యొక్క ఉపరితల పొరలను సంగ్రహించడం ద్వారా ఈ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.
గ్రాఫేన్ యొక్క రసాయన బంధాలు మరియు మందం ఈ మూలకం యొక్క మెకానికల్ రెసిస్టెన్స్ మరియు థర్మల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ కండక్టివిటీల వంటి అనేక ముఖ్యమైన లక్షణాలకు కారణమవుతాయి. ఈ లక్షణాలు వాటి అనంతమైన ఉపయోగ అవకాశాల కారణంగా శాస్త్రవేత్తలను మరియు సాంకేతిక పరిశ్రమను ఆకర్షించాయి.
గ్రాఫేన్ యొక్క ఆవిష్కరణ
స్థిరమైన, ద్విమితీయ గ్రాఫేన్‌ను 2004లో రష్యన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఆండ్రీ గీమ్ మరియు కాన్‌స్టాంటిన్ నోవోసెలోవ్ అనుకోకుండా కనుగొన్నారు. ఈ ఆవిష్కరణ పరిశోధకులకు 2010లో భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని సంపాదించిపెట్టింది. అయితే, ఈ కార్బన్ అలోట్రోప్ ఉనికి 1930 నుండి తెలుసు.
గ్రాఫేన్ లక్షణాలు
గ్రాఫేన్ అనేక లక్షణాలను కలిగి ఉంది, ఇది అనేక సాంకేతిక అనువర్తనాలతో కూడిన పదార్థాన్ని చేస్తుంది. ఈ అలోట్రోప్ యొక్క ప్రధాన లక్షణాలను తెలుసుకోండి.
యాంత్రిక లక్షణాలు
గ్రాఫేన్ ఇప్పటివరకు తెలిసిన అత్యంత బలమైన పదార్థం. ఈ నిరోధకత దాని కార్బన్ అణువుల మధ్య ఏర్పడిన బలమైన బంధాల నుండి వచ్చింది. ఉక్కు వంటి పౌర నిర్మాణంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే పదార్థాలు ఈ ఒత్తిడిలో మూడవ వంతు మాత్రమే తట్టుకోగలవు.
గ్రాఫేన్ యొక్క మరొక ఆసక్తికరమైన లక్షణం దాని అధిక యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్, ఇది నిరోధకతతో పాటు, ఈ పదార్థం చాలా సాగేదని సూచిస్తుంది. అందువల్ల, ఇది దాని అసలు పరిమాణానికి సాపేక్షంగా సులభంగా తిరిగి రాగలదు.
ప్రతి కార్బన్ షడ్భుజి యొక్క చిన్న ప్రాంతాలు గ్రాఫేన్ యొక్క అధిక అభేద్యతకు బాధ్యత వహిస్తాయి, హైడ్రోజన్ వాయువు వంటి వాటి కంటైనర్ల నుండి సులభంగా లీక్ అయ్యే వాయువులను పట్టుకోగల సామర్థ్యం గల చిన్న నెట్‌గా ఉపయోగించవచ్చు. చాలా నిరోధకతతో పాటు, గ్రాఫేన్ చాలా తేలికగా ఉంటుంది: దాని సాంద్రత 0.77 g/m², మరో మాటలో చెప్పాలంటే, కాగితం షీట్ కంటే వెయ్యి రెట్లు తేలికైనది.
విద్యుత్ లక్షణాలు
ఎలక్ట్రాన్లు విక్షేపం లేదా ఢీకొనకుండా దాదాపు స్వేచ్ఛగా గ్రాఫేన్ ద్వారా ప్రచారం చేయగలవు. కార్బన్ బంధాల షట్కోణ నిర్మాణం కారణంగా, ఎలక్ట్రాన్లు ఈ సన్నని పొరల లోపల సాపేక్ష వేగంతో అంటే కాంతి వేగానికి దగ్గరగా కదులుతాయి.
గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద, గ్రాఫేన్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ రెసిస్టివిటీ అత్యల్పంగా ఉంటుంది. అందువలన, ఈ మూలకం ఉత్తమ లోహ కండక్టర్గా పరిగణించబడుతుంది.
ఆప్టికల్ లక్షణాలు
97.5% సంఘటన కాంతిని అనుమతించడం ద్వారా, గ్రాఫేన్ కంటితో కనిపించదు. ఈ ఆప్టికల్ ప్రవర్తన గ్రాఫేన్‌లోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సాపేక్ష లక్షణాల నుండి పుడుతుంది. గ్రాఫేన్ యొక్క అనేక షీట్లను పేర్చడం ద్వారా, దానిపై దాదాపు అన్ని రేడియేషన్ సంఘటనలను గ్రహించగల సామర్థ్యం ఉన్న సంపూర్ణ నల్లని శరీరాన్ని ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యమవుతుందని ఇది సూచిస్తుంది.
ఉష్ణ లక్షణాలు
దాని విద్యుత్ లక్షణాల కారణంగా, గ్రాఫేన్ ఒక అద్భుతమైన థర్మల్ కండక్టర్. ఈ పదార్ధం తెలిసిన ఏదైనా పదార్థం కంటే వేగంగా వేడిని వెదజల్లుతుంది. ఇంకా, కొన్ని అధ్యయనాలు దాని ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత 3851 °C అని సూచిస్తున్నాయి.
అందువల్ల, గ్రాఫేన్ యొక్క ప్రధాన లక్షణాలు మరియు లక్షణాలు:
- ఇది చాలా సన్నగా ఉంటుంది: ఇది అణువు యొక్క మందం;
- ఇది అధిక నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది: ఉక్కు కంటే సుమారు 200 రెట్లు బలంగా ఉంటుంది;
- ఇది అనువైనది;
- ఇది జలనిరోధిత;
- ఇది పారదర్శకంగా ఉంటుంది: సుమారు 97.5% కాంతి కిరణాలను ప్రసారం చేస్తుంది;
- ఇది అధిక ఉష్ణ మరియు విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉంటుంది: ఇది రాగి కంటే 100 రెట్లు వేగంగా విద్యుత్ శక్తిని నిర్వహిస్తుంది. గ్రాఫేన్ ద్వారా ఎలక్ట్రాన్లు ప్రయాణించే వేగం 1000 కిమీ/సె (సిలికాన్ కంటే 60 రెట్లు ఎక్కువ) అని అధ్యయనాలు కూడా చూపించాయి;
- ఇది అధిక గట్టిదనాన్ని కలిగి ఉంటుంది
- ఇది తక్కువ జూల్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది: ఎలక్ట్రాన్లను నిర్వహించేటప్పుడు ఇది వేడి రూపంలో తక్కువ శక్తిని కోల్పోతుంది.
గ్రాఫేన్ అప్లికేషన్స్
దాని లక్షణాలు మరియు లక్షణాల కారణంగా, తెలిసిన అత్యంత ఆశాజనకమైన పదార్థాలలో గ్రాఫేన్ ఒకటి. దీని సాంకేతిక అనువర్తనాలు విస్తారమైనవి, కానీ పెద్ద ఎత్తున ఈ పదార్థాన్ని ఉత్పత్తి చేసే సామర్థ్యంతో పరిమితం చేయబడ్డాయి. మడతపెట్టే LED స్క్రీన్‌లు, ఫోటోవోల్టాయిక్ సెల్‌లు, మరింత సమర్థవంతమైన ట్రాన్సిస్టర్‌లు, సూపర్ కెపాసిటర్లు, హీట్ సింక్‌లు మరియు సూపర్ సెల్ ఫోన్ బ్యాటరీలు వంటి పరికరాలు గ్రాఫేన్‌ని ఉపయోగించి అభివృద్ధి చేయబడిన సాంకేతికతలకు కొన్ని ఉదాహరణలు.
అదనంగా, గ్రాఫేన్‌ని ఇతర అధ్యయన రంగాలలో అన్వయించవచ్చు, అవి:
- గ్రాఫేన్-ఏర్పడిన పొరలు సముద్రపు నీటిని డీశాలినేట్ చేయగలవు మరియు శుద్ధి చేయగలవు
- పరిశ్రమలు మరియు వ్యాపారాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన వాయువులను వేరు చేయడం ద్వారా గ్రాఫేన్ ఫిల్టర్లు CO2 ఉద్గారాలను తగ్గించగలవు
- చాలా వేగవంతమైన బయోమెడికల్ సెన్సార్‌లు గ్రాఫేన్‌పై ఆధారపడి ఉంటాయి మరియు వ్యాధులు, వైరస్‌లు మరియు ఇతర టాక్సిన్‌లను గుర్తించగలవు.
- కాంక్రీట్ మరియు అల్యూమినియం వంటి నిర్మాణ సామగ్రి గ్రాఫేన్ చేరికతో తేలికగా మరియు బలంగా మారుతుంది
- గ్రాఫేన్ స్ప్రే చేయడం ద్వారా హెయిర్ కలరింగ్ 30 వాష్‌ల వరకు ఉంటుంది
- గ్రాఫేన్ ద్వారా సిలికాన్‌ను భర్తీ చేయడం వలన చిన్న మరియు బలమైన చిప్‌లు
- గ్రాఫేన్ వాడకంతో సౌర ఘటాలు మెరుగైన వశ్యత, మరింత పారదర్శకత మరియు తక్కువ ఉత్పత్తి ఖర్చులను కలిగి ఉంటాయి
- మెరుగైన మరియు వేగవంతమైన శక్తి నిల్వతో బ్యాటరీలు
- బైక్‌లు గ్రాఫేన్‌ని ఉపయోగించి 350 గ్రాముల బరువున్న గట్టి టైర్లు మరియు ఫ్రేమ్‌లను కలిగి ఉంటాయి
త్రాగు నీరు
CO2 ఉద్గారాలు
వ్యాధి గుర్తింపు
నిర్మాణం
సౌందర్యశాస్త్రం
సూక్ష్మ పరికరాలు
శక్తి
ఎలక్ట్రానిక్స్
మొబిలిటీ
గ్రాఫేన్‌కు సంబంధించిన అధ్యయనాలలో, ఇంటర్నెట్ కోసం కొత్త డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ కేబుల్‌ల అభివృద్ధిని కలిగి ఉన్నవి ప్రత్యేకంగా ఉన్నాయి. పత్రిక ప్రచురించిన సర్వే ప్రకారం నేచర్ కమ్యూనికేషన్, గ్రాఫేన్‌లోని ఎలక్ట్రాన్లు చేరుకున్న అన్ని వేగాన్ని సద్వినియోగం చేసుకోవాలనే ఆలోచన ఉంది - కణాలు ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న కేబుల్‌ల కంటే వందల రెట్లు వేగంగా కదులుతాయి.
బ్రెజిల్ కోసం గ్రాఫేన్ యొక్క ప్రాముఖ్యత
గ్రాఫేన్ ఉత్పత్తికి చౌకైన మరియు మరింత సమర్థవంతమైన పద్ధతుల అన్వేషణలో బ్రెజిల్ సాంకేతిక రేసులో భాగం. నేషనల్ డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ మినరల్ ప్రొడక్షన్ (DNPM) రూపొందించిన నివేదిక ప్రకారం, గ్రాఫేన్ మార్కెట్ ప్రపంచంలోనే అత్యంత లాభదాయకంగా ఉండాలి, 10 సంవత్సరాలలో 1 ట్రిలియన్ డాలర్లకు చేరుకునే అవకాశం ఉంది. అదనంగా, బ్రెజిల్ ప్రపంచంలోనే అత్యధిక గ్రాఫేన్ నిల్వలను కలిగి ఉంది.
గ్రాఫేన్ ధర
దానిని పొందే సంక్లిష్ట మార్గాల కారణంగా, గ్రాఫేన్ ధర ఇంకా ఎక్కువగానే ఉంది. ఈ పదార్ధం యొక్క స్వచ్ఛమైన మరియు సన్నని పొరల ఉత్పత్తిని అనుమతించే అత్యంత ప్రస్తుత సాంకేతికతలు రాగి షీట్లు వంటి లోహ ఉపరితలాలపై ఆవిరి నిక్షేపణతో పని చేస్తాయి.
ప్రస్తుతం, 2.08 సెం.మీ. 1.54 సెం.మీ గ్రాఫేన్ షీట్ ధర $275 వరకు ఉంటుంది: సగటున చదరపు అంగుళానికి $21. అయినప్పటికీ, మలినాలు మరియు అసమానతలు వంటి అంశాలు ఈ ధరను తీవ్రంగా తగ్గించగలవు. గ్రాఫేన్‌ను గ్రాఫైట్ నుండి కూడా పొందవచ్చు: 1 కిలోల గ్రాఫైట్‌తో, సుమారుగా 1 డాలర్ ఖర్చవుతుంది, 150 గ్రా గ్రాఫేన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడం సాధ్యపడుతుంది, దీని విలువ 15 వేల డాలర్లు మించిపోయింది.
గ్రాఫేన్ గురించి ఉత్సుకత
- యూరోపియన్ యూనియన్ నుండి గ్రాఫేన్ ఫ్లాగ్‌షిప్ ప్రాజెక్ట్, గ్రాఫేన్, అప్లికేషన్‌లు మరియు పారిశ్రామిక స్థాయిలో ఉత్పత్తి అభివృద్ధికి సంబంధించిన పరిశోధనల కోసం సుమారు 1.3 బిలియన్ యూరోలను కేటాయించింది. మొత్తంగా, 23 దేశాల నుండి 150 సంస్థలు ఈ ప్రాజెక్ట్‌లో పాల్గొంటాయి.
- అంతరిక్షయానం కోసం అభివృద్ధి చేసిన మొదటి సూట్‌కేస్‌లో గ్రాఫేన్ ఉంటుంది. దీని ప్రయోగం 2033లో షెడ్యూల్ చేయబడింది, NASA అంగారక గ్రహానికి యాత్రలు చేయాలని యోచిస్తోంది.
- బోరోఫెన్ గ్రాఫేన్ యొక్క కొత్త పోటీదారు. 2015లో కనుగొనబడిన ఈ మెటీరియల్ గ్రాఫేన్ యొక్క మెరుగైన సంస్కరణగా పరిగణించబడుతుంది, ఇది మరింత అనువైనది, నిరోధకమైనది మరియు వాహకమైనది.
గ్రాఫేన్‌ను పొందే ప్రక్రియలు, దాని అప్లికేషన్‌లు మరియు బ్రెజిల్‌కు దాని ప్రాముఖ్యత
