กราฟีนคืออะไร? วัสดุมหัศจรรย์อันน่าเหลือเชื่อ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุซูเปอร์แมทีเรียลได้รับความสนใจอย่างมาก แต่กราฟีนคืออะไรล่ะ? ลองนึกภาพสารที่แข็งแกร่งกว่าเหล็ก 200 เท่า แต่เบากว่ากระดาษ 1,000 เท่าสิ
ในปี 2004 นักวิทยาศาสตร์สองคนจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ อันเดรย์ ไกม์ และคอนสแตนติน โนโวเซลอฟ ได้ "ทดลอง" กับแกรไฟต์ ใช่แล้ว สิ่งเดียวกับที่พบบนปลายดินสอ พวกเขาสนใจวัสดุชนิดนี้และอยากรู้ว่าสามารถลอกออกได้ในชั้นเดียวหรือไม่ พวกเขาจึงพบเครื่องมือที่แปลกประหลาดอย่างหนึ่ง นั่นคือ เทปกาว
“คุณวาง [เทป] ทับบนกราไฟต์หรือไมกา แล้วลอกชั้นบนออก” ไฮม์อธิบายกับบีบีซี เกล็ดกราไฟต์จะกระเด็นออกจากเทป จากนั้นพับเทปครึ่งหนึ่งแล้วติดกาวเข้ากับแผ่นด้านบน จากนั้นแยกออกจากกันอีกครั้ง จากนั้นทำซ้ำขั้นตอนนี้ 10 หรือ 20 ครั้ง
ทุกครั้งที่เกล็ดแตกตัวเป็นเกล็ดบางลงเรื่อยๆ สุดท้ายเกล็ดบางๆ ก็ยังคงเหลืออยู่บนสายพาน เทปละลาย ทุกอย่างก็ละลายหายไป
น่าประหลาดใจที่วิธีการใช้เทปได้ผลอย่างน่าอัศจรรย์ การทดลองที่น่าสนใจนี้นำไปสู่การค้นพบเกล็ดกราฟีนแบบชั้นเดียว
ในปี 2010 Heim และ Novoselov ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมคล้ายกับลวดตาข่ายไก่
หนึ่งในเหตุผลหลักที่ทำให้กราฟีนน่าทึ่งคือโครงสร้างของมัน กราฟีนบริสุทธิ์เพียงชั้นเดียวปรากฏเป็นชั้นของอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวกันเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม โครงสร้างรังผึ้งขนาดอะตอมนี้ทำให้กราฟีนมีความแข็งแรงอย่างน่าทึ่ง
กราฟีนยังเป็นวัสดุไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูง ที่อุณหภูมิห้อง กราฟีนนำไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุอื่นๆ
จำอะตอมคาร์บอนที่เราคุยกันได้ไหม? อะตอมคาร์บอนแต่ละตัวมีอิเล็กตรอนพิเศษที่เรียกว่า ไพอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนี้เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ทำให้สามารถนำไฟฟ้าผ่านชั้นกราฟีนหลายชั้นได้โดยมีความต้านทานน้อย
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับกราฟีนที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ค้นพบสิ่งที่น่าอัศจรรย์ นั่นคือ เมื่อคุณหมุนกราฟีนสองชั้นออกจากแนวเล็กน้อย (เพียง 1.1 องศา) กราฟีนก็จะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
ซึ่งหมายความว่ามันสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องมีความต้านทานหรือความร้อน เปิดโอกาสให้เกิดความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับการนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องในอนาคต
หนึ่งในการประยุกต์ใช้กราฟีนที่หลายคนรอคอยมากที่สุดคือในแบตเตอรี่ ด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่เหนือกว่า เราจึงสามารถผลิตแบตเตอรี่กราฟีนที่ชาร์จได้เร็วกว่าและใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่
บริษัทใหญ่ๆ บางแห่ง เช่น Samsung และ Huawei ได้ดำเนินตามแนวทางนี้แล้ว โดยมีเป้าหมายที่จะนำความก้าวหน้าเหล่านี้มาสู่แกดเจ็ตที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน
“ภายในปี 2567 เราคาดว่าผลิตภัณฑ์กราฟีนหลากหลายชนิดจะออกสู่ตลาด” อันเดรีย เฟอร์รารี ผู้อำนวยการศูนย์กราฟีนเคมบริดจ์ และนักวิจัยของ Graphene Flagship ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มที่ดำเนินการโดย European Graphene กล่าว บริษัทกำลังลงทุน 1 พันล้านยูโรในโครงการร่วม ความร่วมมือนี้จะช่วยเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีกราฟีน
พันธมิตรด้านการวิจัยของ Flagship กำลังพัฒนาแบตเตอรี่กราฟีนที่มีความจุมากกว่าแบตเตอรี่พลังงานสูงที่ดีที่สุดในปัจจุบันถึง 20% และให้พลังงานมากกว่าถึง 15% ทีมวิจัยอื่นๆ ได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้กราฟีน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าสูงกว่าถึง 20%
แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์ยุคแรกๆ บางอย่างที่ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของกราฟีนได้ เช่น อุปกรณ์กีฬา Head แต่สิ่งที่ดีที่สุดยังมาไม่ถึง ดังที่เฟอร์รารีกล่าวไว้ว่า “เราพูดถึงกราฟีน แต่ในความเป็นจริงแล้ว เรากำลังพูดถึงทางเลือกอีกมากมายที่กำลังศึกษาอยู่ สิ่งต่างๆ กำลังดำเนินไปในทิศทางที่ถูกต้อง”
บทความนี้ได้รับการอัปเดตโดยใช้เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ ตรวจสอบข้อเท็จจริง และแก้ไขโดยบรรณาธิการ HowStuffWorks
Head ผู้ผลิตอุปกรณ์กีฬาเลือกใช้วัสดุอันน่าทึ่งนี้ ไม้เทนนิส Graphene XT ของพวกเขาอ้างว่าเบากว่า 20% เมื่อใช้น้ำหนักเท่าเดิม 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