กราฟีนคืออะไร วัสดุมหัศจรรย์ที่น่าเหลือเชื่อ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการให้ความสนใจกับกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุซูเปอร์แมทีเรียลอย่างมาก แต่กราฟีนคืออะไร ลองจินตนาการถึงสารที่มีความแข็งแรงมากกว่าเหล็ก 200 เท่า แต่เบากว่ากระดาษ 1,000 เท่า
ในปี 2004 นักวิทยาศาสตร์สองคนจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ อันเดรย์ ไกม์ และคอนสแตนติน โนโวเซลอฟ "เล่น" กับกราไฟต์ ใช่แล้ว สิ่งเดียวกับที่คุณพบบนปลายดินสอ พวกเขาอยากรู้เกี่ยวกับวัสดุดังกล่าวและต้องการทราบว่าสามารถลอกออกได้หรือไม่ พวกเขาจึงพบเครื่องมือที่แปลกประหลาดอย่างหนึ่ง นั่นคือเทปกาว
“คุณวางเทปไว้บนกราไฟต์หรือไมก้า จากนั้นจึงลอกชั้นบนออก” เฮมอธิบายกับบีบีซี เกล็ดกราไฟต์จะหลุดออกจากเทป จากนั้นพับเทปครึ่งหนึ่งแล้วติดกาวกับแผ่นด้านบน จากนั้นแยกเทปออกจากกัน จากนั้นทำซ้ำขั้นตอนนี้ 10 หรือ 20 ครั้ง
“ทุกครั้งที่เกล็ดแตกตัวเป็นเกล็ดที่บางลงเรื่อยๆ ในที่สุด เกล็ดที่บางมากๆ จะยังคงอยู่บนสายพาน เมื่อคุณละลายเทป ทุกอย่างก็จะละลายไป”
น่าแปลกใจที่วิธีการใช้เทปได้ผลอย่างน่าอัศจรรย์ การทดลองที่น่าสนใจนี้ทำให้ค้นพบเกล็ดกราฟีนชั้นเดียว
ในปี 2010 Heim และ Novoselov ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่เรียงตัวเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมคล้ายกับลวดตาข่ายไก่
เหตุผลหลักประการหนึ่งที่ทำให้กราฟีนมีความน่าทึ่งก็คือโครงสร้างของมัน โดยกราฟีนที่บริสุทธิ์เพียงชั้นเดียวจะมีลักษณะเป็นชั้นของอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวกันเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม โครงสร้างรังผึ้งในระดับอะตอมนี้ทำให้กราฟีนมีความแข็งแรงอย่างน่าทึ่ง
กราฟีนยังเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย โดยที่อุณหภูมิห้อง กราฟีนจะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุอื่นใด
จำอะตอมคาร์บอนที่เราพูดถึงได้ไหม อะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนพิเศษหนึ่งตัวที่เรียกว่าไพอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนี้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ทำให้สามารถนำไฟฟ้าผ่านชั้นกราฟีนหลายชั้นได้โดยมีความต้านทานเพียงเล็กน้อย
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับกราฟีนที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ค้นพบสิ่งที่น่าอัศจรรย์ นั่นคือ เมื่อคุณหมุนกราฟีนสองชั้นให้เคลื่อนออกจากแนวเล็กน้อย (เพียง 1.1 องศา) กราฟีนก็จะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
ซึ่งหมายความว่ามันสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทานหรือความร้อน เปิดโอกาสให้เกิดคุณสมบัติการนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องในอนาคต
การประยุกต์ใช้กราฟีนที่หลายคนรอคอยมากที่สุดคือการใช้แบตเตอรี่ ด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่เหนือกว่า เราจึงสามารถผลิตแบตเตอรี่กราฟีนที่ชาร์จได้เร็วกว่าและใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่
บริษัทขนาดใหญ่บางแห่ง เช่น Samsung และ Huawei ก็ได้ดำเนินตามเส้นทางนี้แล้ว โดยตั้งเป้าที่จะนำความก้าวหน้าเหล่านี้มาสู่อุปกรณ์ต่างๆ ที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน
Andrea Ferrari ผู้อำนวยการ Cambridge Graphene Center และนักวิจัยของ Graphene Flagship ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มที่ดำเนินการโดย European Graphene กล่าวว่า “ภายในปี 2024 เราคาดหวังว่าจะมีผลิตภัณฑ์กราฟีนหลากหลายประเภทออกสู่ตลาด” บริษัทกำลังลงทุน 1,000 ล้านยูโรในโครงการร่วม ความร่วมมือครั้งนี้จะช่วยเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีกราฟีน
พันธมิตรด้านการวิจัยของ Flagship กำลังสร้างแบตเตอรี่กราฟีนที่มีความจุมากกว่าแบตเตอรี่พลังงานสูงที่ดีที่สุดในปัจจุบันถึง 20% และให้พลังงานมากกว่า 15% ทีมวิจัยอื่นๆ ได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้กราฟีนซึ่งมีประสิทธิภาพในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ามากกว่า 20%
แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์ในช่วงแรกๆ บางส่วนที่ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของกราฟีน เช่น อุปกรณ์กีฬา Head แต่ผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดยังคงรออยู่ข้างหน้า ดังที่เฟอร์รารีกล่าวไว้ว่า “เราพูดถึงกราฟีน แต่ในความเป็นจริงแล้ว เรากำลังพูดถึงตัวเลือกจำนวนมากที่อยู่ระหว่างการศึกษา สิ่งต่างๆ กำลังดำเนินไปในทิศทางที่ถูกต้อง”
บทความนี้ได้รับการอัปเดตโดยใช้เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ ตรวจสอบข้อเท็จจริง และแก้ไขโดยบรรณาธิการ HowStuffWorks
ผู้ผลิตอุปกรณ์กีฬา Head ได้ใช้วัสดุที่น่าทึ่งนี้ ไม้เทนนิส Graphene XT ของพวกเขาอ้างว่าเบากว่า 20% เมื่อใช้น้ำหนักเท่ากัน นี่คือเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการอย่างแท้จริง!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`ผู้เขียน:${t.byline_authors_html}`),t.byline_authors_html&&t.byline_date_html&&(e+=” | “),t.byline_date_html&&(e+=t.byline_date_html);var i=t.body_html .replaceAll('”pt','”pt'+t.id+”_”); return e+=`\n\t\t\t\t