กราฟีนคืออะไร? วัสดุเวทย์มนตร์ที่น่าทึ่ง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการให้ความสนใจอย่างมากกับกราฟีนเหนือวัสดุ แต่กราฟีนคืออะไร? ลองนึกภาพสสารที่แข็งแกร่งกว่าเหล็ก 200 เท่า แต่เบากว่ากระดาษ 1,000 เท่า
ในปี 2004 นักวิทยาศาสตร์สองคนจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ Andrei Geim และ Konstantin Novoselov "เล่น" กับกราไฟท์ ใช่ สิ่งเดียวกับที่คุณพบบนปลายดินสอ พวกเขาสงสัยเกี่ยวกับวัสดุและต้องการทราบว่าสามารถถอดออกในชั้นเดียวได้หรือไม่ ดังนั้นพวกเขาจึงพบเครื่องมือที่ไม่ธรรมดา นั่นก็คือ เทปพันสายไฟ
“คุณวาง [เทป] ไว้เหนือแกรไฟต์หรือไมก้า แล้วลอกชั้นบนสุดออก” Heim อธิบายกับ BBC สะเก็ดกราไฟท์หลุดออกจากเทป จากนั้นพับเทปลงครึ่งหนึ่งแล้วติดไว้ที่แผ่นด้านบน จากนั้นแยกออกอีกครั้ง จากนั้นคุณทำซ้ำขั้นตอนนี้ 10 หรือ 20 ครั้ง
“ในแต่ละครั้งที่สะเก็ดแตกตัวเป็นสะเก็ดที่บางลงและบางลง ในที่สุด สะเก็ดบางมากยังคงอยู่บนสายพาน คุณละลายเทปและทุกอย่างก็ละลาย”
น่าแปลกที่วิธีการใช้เทปได้ผลอย่างมหัศจรรย์ การทดลองที่น่าสนใจนี้นำไปสู่การค้นพบเกล็ดกราฟีนชั้นเดียว
ในปี 2010 Heim และ Novoselov ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการค้นพบกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม คล้ายกับลวดไก่
หนึ่งในเหตุผลหลักที่กราฟีนมีความน่าทึ่งมากก็คือโครงสร้างของมัน กราฟีนบริสุทธิ์ชั้นเดียวจะปรากฏเป็นชั้นของอะตอมของคาร์บอนที่จัดเรียงอยู่ในโครงสร้างโครงตาข่ายหกเหลี่ยม โครงสร้างรังผึ้งระดับอะตอมนี้ช่วยให้กราฟีนมีความแข็งแกร่งที่น่าประทับใจ
กราฟีนยังเป็นซุปเปอร์สตาร์ด้านไฟฟ้าอีกด้วย ที่อุณหภูมิห้องจะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าวัสดุอื่นๆ
จำอะตอมของคาร์บอนที่เราคุยกันได้ไหม? พวกมันแต่ละตัวมีอิเล็กตรอนเกินมาตัวหนึ่ง เรียกว่า ไพอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนี้เคลื่อนที่อย่างอิสระ ทำให้สามารถนำไฟฟ้าผ่านกราฟีนหลายชั้นโดยมีความต้านทานเพียงเล็กน้อย
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับกราฟีนที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้ค้นพบบางสิ่งที่เกือบจะมหัศจรรย์: เมื่อคุณหมุนกราฟีนสองชั้นเล็กน้อย (เพียง 1.1 องศา) โดยไม่อยู่ในแนวเดียวกัน กราฟีนจะกลายเป็นตัวนำยิ่งยวด
ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องมีความต้านทานหรือความร้อน ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นสำหรับการนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องในอนาคต
การใช้งานกราฟีนที่คาดหวังมากที่สุดประการหนึ่งคือในแบตเตอรี่ เนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าที่เหนือกว่า เราจึงสามารถผลิตแบตเตอรี่กราฟีนที่ชาร์จได้เร็วกว่าและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสมัยใหม่
บริษัทขนาดใหญ่บางแห่ง เช่น Samsung และ Huawei ได้ใช้เส้นทางนี้แล้ว โดยมีเป้าหมายที่จะแนะนำความก้าวหน้าเหล่านี้ให้กับอุปกรณ์ในชีวิตประจำวันของเรา
Andrea Ferrari ผู้อำนวยการศูนย์ Cambridge Graphene และนักวิจัยจาก Graphene Flagship ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มที่ดำเนินการโดย European Graphene กล่าวว่า "ภายในปี 2567 เราคาดหวังว่าจะมีผลิตภัณฑ์กราฟีนหลายชนิดออกสู่ตลาด" บริษัทกำลังลงทุน 1 พันล้านยูโรในโครงการร่วม โครงการ พันธมิตรเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีกราฟีน
พันธมิตรด้านการวิจัยของเรือธงกำลังสร้างแบตเตอรี่กราฟีนที่ให้ความจุเพิ่มขึ้น 20% และพลังงานมากกว่าแบตเตอรี่พลังงานสูงที่ดีที่สุดในปัจจุบันถึง 15% ทีมอื่นๆ ได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้กราฟีน ซึ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น 20 เปอร์เซ็นต์ในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า
แม้ว่าจะมีผลิตภัณฑ์ในช่วงแรกๆ บางส่วนที่ใช้ประโยชน์จากศักยภาพของกราฟีน เช่น อุปกรณ์กีฬา Head แต่สิ่งที่ดีที่สุดยังมาไม่ถึง ดังที่ Ferrari กล่าวไว้: “เราพูดถึงกราฟีน แต่ในความเป็นจริง เรากำลังพูดถึงตัวเลือกจำนวนมากที่กำลังศึกษาอยู่ สิ่งต่างๆ กำลังเคลื่อนไปในทิศทางที่ถูกต้อง”
บทความนี้ได้รับการอัปเดตโดยใช้เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ ตรวจสอบข้อเท็จจริง และแก้ไขโดยบรรณาธิการ HowStuffWorks
ผู้ผลิตอุปกรณ์กีฬา Head ได้ใช้วัสดุที่น่าทึ่งนี้ ไม้เทนนิส Graphene XT อ้างว่าเบากว่า 20% ที่น้ำหนักเท่ากัน นี่คือเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการอย่างแท้จริง!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`作者：${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+”_”); ส่งคืน e+=`\n\t\t\t\t