கிராபீன் பயன்பாடுகள்

     இன்றைக்கு ,குறைந்த வழுக்களைக்  கொண்டுள்ள கிராபீனை விரைவாகவும் , பேரளவிலும் , உற்பத்தி செய்யும் சில நவீன வழிமுறைகளைக் கண்டறிந்துள்ளார்கள் கிராபைட்டை அயனிகள் நிறைந்த நீர்மத்தில் கரைத்து கேளாயொலியைக் கொண்டு  (ultrasonic exfoliation) கிராபீன் தகட்டைப் பெறுகின்றார்கள். கார்பன் நுண்மைக் குழல்களை வெட்டியும் கிராபீன் தகடுகளைப் பெறலாம்.. பலவடுக்குகளைக் கொண்ட கார்பன் நுண்மைக் குழல்களை பொட்டாசியம் பெர்மாங்கனேட் மற்றும் கந்தக அமிலத்தைக் கொண்டு கிராபீன் தகடுகளாகப் பெறும் வழிமுறை இன்றைக்கு அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. கிராபீன் ஆக்ஸைடை ஆக்சிஜநீக்க வினைக்கு (Graphite oxide reduction) உட்படுத்தி கிராபீனைப் பெறும் வழிமுறை 1962 ஆம் ஆண்டு வாக்கில் பின்பற்றப்பட்டது. லித்தியம் குளோரைடு போன்ற உருகிய உப்புகள் கிராபைட்டை அரித்தெடுத்து பலவிதமான கிராபீன் மற்றும் நுண்மை வடிவங்களை உண்டாக்குகின்றது. இதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் கிராபீன் குறைபாடுகள் ஏதுமின்றி ஒத்த தன்மைகொண்டதாய்  இருக்கின்றது. மின்வேதியியல் தொகுப்பாக்கம் (Electro chemical synthesis )மூலம் கிராபீனை உற்பத்திசெய்யலாம்…மாறுபடும் துடிப்பு மின்னழுத்தம் (pulsed voltage ) கிராபீனின் தடிப்பு ,பரப்பெல்லை ,வழுக்கள் போன்றவற்றைக் கட்டுப்படுத்துகின்றது. சக்கரைப் பொருட்களைக் கொண்டும் கிராஃபீனைத் தயாரிக்கிறார்கள். இது எளிமையானது மட்டுமின்றி சுற்றுச் சூழலுக்கு நட்பானதுமாகும். டாங் லாவ் முறை  (Tang-Lau Method) எனப்படும் இவ்வழிமுறை மூலம் ஒற்றை அடுக்கு முதல் பலவடுக்குகளைக் கொண்ட கிராபீன் தகடுகளை உருவாக்கலாம். நுண்ணலை ஆற்றல்(Micfrowave energy)   நேரடியாகவே கிராபீனைத் தொகுப்பாக்கம் செய்கின்றது. இதில் பிற வேதி பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை. விரைந்து உற்பத்தி செய்யவும் முடிகின்றது. சிலிகான் கார்பைடை(siC) தாழ்ந்த அழுத்தத்தில்  1100⁰ C  வெப்பநிலையில்  பகுத்து சிலர் கிராபினை உற்பத்தி செய்கின்றார்கள். ஆவிப்  படிமை  (vapour  deposition )  மூலம் படிகங்களை வளர்த்து உருவாக்குவதைப்போல கிராபினையும் வளர்த்து ப் பெறமுடியும். கார்பன் டை ஆக்ஸைடு வளிமத்தில் மக்னீசியத்தை எரித்து ஆக்சிஜ நீக்க வினையைத் தூண்டி கிராபீன் துகள்களை ஏற்படுத்தமுடியும். இதில் அதிக வெப்பம் தோற்றுவிக்கப்படுகின்றது. கார்பன் டை ஆக்ஸைடு அகச்சிவப்புக்கதிர் லேசர் மூலம் கிராபீனை உற்பத்தி செய்யும் வழிமுறையும் இன்றைக்குப் பின்பற்றப்படுகின்றது.

கிராபீன் பயன்பாடுகள்

            கிராபீன் ஒளி உட்புகக் கூடிய பயன்பாட்டிற்கு இணக்கமான மின் கடத்தியதாக இருப்பதால் பல சாதனங்களைநவீனப்படுத்தவும் ,மேம்படுத்தவும் பயன்படுகின்றது. உடன் உணர் கருவிகள் சூரிய மின்கலங்கள் . ஒளி உமிழ்வு டையோடுகள். கை பேசிகளுக்கான தொடுதள  முகப்புக்கள்  போன்றவற்றில் கிராபீனின் பயன்பாடு இன்றைக்கு அதிகரித்து வருகின்றது. ஒளி அச்சுப் பொறிகளுக்கான கார்பன் துகளில் கிராபீனை ஒன்று கலந்து பயன்படுத்துகின்றார்கள். மின்னணுவியல் . உயிரியல் தொழிநுட்பம், மருத்துவம் , மிக மெல்லிய ஆனால் அதிக பளுவைத் தாக்குப் பிடிக்கும் வலுவான மூலப்பொருட்கள். ஒளிமின்கலன்கள், ஒளி விளம்பரத் தட்டிகள்பிரகாசமான, அரிமானத் தடை கொண்ட  வர்ணங்கள். திண்ம மசகுப் பொருட்கள், முப்பரிமாண அச்சிடும் முறை    மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு வழிமுறை போன்ற தொழில் துறைகளில் கிராபீன் பயன்படுகின்றது. 100  நாளோ மீட்டர் தடிப்புள்ள கிராபீன்  3 கிகி/வி என்ற வேகத்தில் பாயும் நுண் துப்பாக்கி குண்டுகளைத் தடுத்து விடுகின்றது. இது AK 47 துப்பாக்கியிலிருந்து பாயும் குண்டுகளின் வேகத்தை விட அதிகமானது இதனால் கிராபீனைக் கொண்டு இராணுவ வீரர்களுக்கான பாதுகாப்புக் கவசங்களைத் தயாரிக்கின்றார்கள் . கூடுதல் திறன்மிக்க நவீன இராணுவத் தளவாடங்களை உற்பத்தி செய்ய  கிராபீன் நம்பிக்கை அளித்திருக்கின்றது

கிராபீனின் சிறப்பியல்புகள்

 

கிராபீனின்  சிறப்பியல்புகள்

உலகிலேயே மிகவும் மெல்லிய பொருளான கிராபீன், உலகிலேயே மிகவும் உறுதியான பொருளும் கூட! (எஃகை விட இது 100 மடங்கு உறுதியானது)/ ஒரு மில்லிமீட்டர் தடிமனுள்ள கிராபைட்டில் மூன்று மில்லியன் கிராபீன் அடுக்குகளை வைக்க முடியும்; அவ்வளவு மெலிதான பொருள் இது. கிராபீனைக் கொண்டு சுழிப்பரிமாணப் பொருளான புல்லரீன், ஒரு-பரிமாணப் பொருளான கரிம நேனோகுழாய், முப்பரிமாணப் பொருளான கிராபைட் ஆகியவற்றை உருவாக்க இயலும். ஏறக்குறைய முழுமையான ஒளி-ஊடுருவுந் தன்மையுடன் இருந்தாலும், இது மிகுந்த அடர்த்தி கொண்டுள்ளதால், மிகச்சிறிய அணுவான ஒரு ஹீலியம் அணு கூட இதனுள் ஊடுருவ முடியாது..

இது தாமிரத்தையொத்த மின்கடத்துத் தன்மை கொண்டது; இதன் வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம் மிகச்சிறியளவு ஆற்றலையே இழப்பதாலும் கட்டமைப்பதற்கு எளியதாக  இருப்பதாலும் தொகுப்புச் சுற்றுகள் (integrated Circuits) உருவாக்குவதில் எதிர்காலத்தில் கிராபீன் பெருமளவு பங்களிக்கக் கூடும். என்று கூறுகின்றார்கள். கிராபீனின் அணித்தள விடை வெளியின் ஊடாக எலெக்ட் ரான்கள் மோதல்கள் ஏதுமின்றி எளிதாகக் கடந்து செல்கின்றன. .இதில் பாயும் எலக்ட்ரான்கள் ஒளித்துகளான போட்டானைப் போன்று செயல்படுகின்றன; அதாவது, கிட்டத்தட்ட நிறையற்ற துகளைப் போல. இதனால், மிகப்பெரிய துகள் முடுக்கிகள் பெரும் ஆற்றலைச் செலவிட்டு செய்யக்கூடிய வேலையை கிராபீனால் மிக எளிதில் செய்ய முடியலாம் என்று கூறுகின்றார்கள்

          நுன்மைப் பொருட்களில் கிராபீன் பெரிய அளவில் முக்கியத்துவம் பெற்று வருகின்றது. அதற்குக் காரணம் அதன் மிகுதியான வலிமை ,மின் கடத்தும் திறன், ஒளி உட்புகு திறன் போன்றவைகளாகும். கிராபீன் மட்டுமே இரு பரிமாண வெளியில் உள்ள மிக மெல்லிய தடிப்புள்ள பொருளாகும்

அறை வெப்பநிலையில் கிராபீனில் எலெக்ட்ரான்கள் கூடுதலான நகர் திறம் (Mobility ) கொண்டுள்ளன. கிராபீனில்  எலெக்ட்ரானும் ,நேர்மின் துளையும் (hole ) ஏறக்குறைய  ஒரேயளவு நகர் திறனைக் கொண்டுள்ளன. 10 – 100 K வெப்பநிலை நெடுக்கையில் இதன் நகர்வு திறன் வெப்பநிலையைச் சார்ந்து இருப்பதில்லை. அறைவெப்பநிலையில் மிக க் குறைந்த அளவில் மாற்றம் ஏற்படுகின்றது. இது அணித்தள அதிர்வுகள்  எலக்ட்ரான்களின் சிதறலில் ஏற்படுத்தப்படும் விளைவேயாகும்.. கார்பன் அணுவின் பரிமாணத் தடிப்புடைய கிராபீனின் மின்தடைமை (resistivity )     10^-6 ஓம்.செமீ. இது வெள்ளியின் மின்தடைமையை விட மிகவும் குறைவு. அறைவெப்பநிலையில் மிகக் குறைந்த மின்தடைமையைக் கொண்டது கிராபீனேயாகும்.

      கிராபீனின் மின்புல உட்புகு திறன் (permittivity)  நுண்ணலை முதல் மில்லிமீட்டர் அலை வரை அதிர்வெண்ணைப்பொருத்து  மாறுபடுகின்றது. இதனால் அதிக அளவு மின்னாற்றலைச் சேமித்து வைக்கக் கூடிய மின் தேக்கிகளை கிண்றபீனைக் கொண்டு உருவாக்க முடியும் என்று கூறுகின்றார்கள்.

 

  மான்செஸ்டர் பல்கலைக் கழகத்தைச் சேர்ந்த ஆண்ட்ரே கிம் (Andre Geim ) மற்றும் கோன்ஸ்டன்டின் நோவோசெலோவ் (Konstantin Novoselov ஆகியோரால் கிராபீன் முதன் முதலில் கிராபைட்டிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்பட்டது; இச்செயலுக்காகவும் கிராபீனைப் பற்றிய இயற்பியலை விளக்கியதற்காகவும் இவர்களிருவருக்கும் இயற்பியல் நோபல் பரிசு 2010-ஆம் ஆண்டு வழங்கப்பட்டது. பென்சீன் கட்டமைப்பைப் போல உள்ள இதில் கார்பன் அணுக்கள் எல்லாம் ஒரே தளத்தில் அமைந்திருக்கும் . கிராபீன் ,தேன்கூடு போன்ற படிக அணித்தளத்தில் ,ஒன்றை அணு தடிப்புடன் வெறும் கார்பன் அணுக்களின் பிணைப்பால் கட்டமைக்கப்பட்டது இதில் கார்பன்- கார்பன் பிணைப்பின் நீளம் ௦.142 நானோ மீட்டராகும்       

        

.கிராபீன் தளங்களை அடுக்கி கிராபைட்டை உருவாக்கினால் அணித்தள இடைவெளி  0, 35 நானோ மீட்டராக இருக்கும்.இதன் வலிமையும் நிலைப்புத் தன்மையும் மிகவும் அதிகம் .  இவ்வளவு மெல்லியதாக இருந்தாலும் எக்கை காட்டிலும் உறுதியானதாக இருக்கின்றது. உண்மையில் கிராபீன் கிராபைட்டிலிருந்தே உருவாக்கப்பட்டது கிம்மும் நோவாசெலோவும் கிராபைட்டின் மேல் ஒட்டு நாடாவை (cellotape) மீண்டும் மீண்டும் ஒற்றி எடுப்பதன் மூலம் கிராபைட்டை செதில் செதிலாக்கி அச்செதில்களை ஆக்சிசனேற்றப்பட்ட சிலிகான் தளத்தின் மேல் வைத்து மீண்டும் ஒற்று வேலையைச் செய்ததன் மூலம் இறுதியில் கிராபீனைப் பிரித்தெடுத்தனர்.

கிராபீனின்  சிறப்பியல்புகள்

உலகிலேயே மிகவும் மெல்லிய பொருளான கிராபீன், உலகிலேயே மிகவும் உறுதியான பொருளும் கூட! (எஃகை விட இது 100 மடங்கு உறுதியானது)/ ஒரு மில்லிமீட்டர் தடிமனுள்ள கிராபைட்டில் மூன்று மில்லியன் கிராபீன் அடுக்குகளை வைக்க முடியும்; அவ்வளவு மெலிதான பொருள் இது. கிராபீனைக் கொண்டு சுழிப்பரிமாணப் பொருளான புல்லரீன், ஒரு-பரிமாணப் பொருளான கரிம நேனோகுழாய், முப்பரிமாணப் பொருளான கிராபைட் ஆகியவற்றை உருவாக்க இயலும். ஏறக்குறைய முழுமையான ஒளி-ஊடுருவுந் தன்மையுடன் இருந்தாலும், இது மிகுந்த அடர்த்தி கொண்டுள்ளதால், மிகச்சிறிய அணுவான ஒரு ஹீலியம் அணு கூட இதனுள் ஊடுருவ முடியாது..

இது தாமிரத்தையொத்த மின்கடத்துத் தன்மை கொண்டது; இதன் வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம் மிகச்சிறியளவு ஆற்றலையே இழப்பதாலும் கட்டமைப்பதற்கு எளியதாக  இருப்பதாலும் தொகுப்புச் சுற்றுகள் (integrated Circuits) உருவாக்குவதில் எதிர்காலத்தில் கிராபீன் பெருமளவு பங்களிக்கக் கூடும். என்று கூறுகின்றார்கள். கிராபீனின் அணித்தள விடை வெளியின் ஊடாக எலெக்ட் ரான்கள் மோதல்கள் ஏதுமின்றி எளிதாகக் கடந்து செல்கின்றன. .இதில் பாயும் எலக்ட்ரான்கள் ஒளித்துகளான போட்டானைப் போன்று செயல்படுகின்றன; அதாவது, கிட்டத்தட்ட நிறையற்ற துகளைப் போல. இதனால், மிகப்பெரிய துகள் முடுக்கிகள் பெரும் ஆற்றலைச் செலவிட்டு செய்யக்கூடிய வேலையை கிராபீனால் மிக எளிதில் செய்ய முடியலாம் என்று கூறுகின்றார்கள்